Macht der Klimawandel Pause?

Behauptung: „Die globale Erwärmung stoppte 1998“

Behauptung: Die Klimaerwärmung ist seit zwölf Jahren zum Stillstand gekommen. (RWE-Manager Fritz Vahrenholt im Jahr 2011)

Fakt ist: Es gab und gibt keine "Pause" der Erderwärmung - der Langfristtrend ist lediglich durch natürliche Schwankungen verdeckt worden

Antwort: 

Auch nach 1998 hat sich die Erde weiter erwärmt, allerdings etwas langsamer als über die 30 Jahre zuvor. Generell verläuft die Erderwärmung nicht in einer geraden Linie. Die Oberflächen­temperaturen schwanken von Jahr zu Jahr. In sehr kurzfristigen Betrachtungen kann das Jahr 1998 als Höhepunkt der Erwärmung erscheinen, weil es aufgrund eines starken El Niño ungewöhnlich heiß ausfiel. Für aussagekräftige Einschätzungen aber müssen längere Zeiträume betrachtet werden – und der langfristige Trend zeigt weiterhin klar nach oben.

Auch wenn es oft behauptet wird: Die Erderwärmung hat 1998 nicht plötzlich aufgehört. Selbst wenn man langfristige Trends ignoriert und nur auf „Rekordbrecher“ schaut, war 1998 nicht das wärmste Jahr. Verschiedenen Messungen zufolge war schon 2005 wärmer als 1998, ebenso das Jahr 2010, und 2014 sowie 2015 wurden erneut Temperaturrekorde aufgestellt.

Die Öffentlichkeit schaut gern auf solche „Rekordjahre“, doch sagen diese allein wenig aus über Trends – und es sind die langfristigen Trends, die bei der Beurteilung des Klimawandels wirklich relevant sind. Verlässliche Aussagen über Klimatrends sind nur zu gewinnen, wenn man sich mehrere Jahrzehnte anschaut.

Wegen der natürlichen Schwankungen im Klimasystem gibt es innerhalb einer langfristig nach oben zeigenden Temperaturkurve (die rote Linie in Abbildung 1) aber häufig auch kürzere Intervalle, in denen der Trend stabil oder gar abnehmend zu sein scheint (die blauen Trendlinien in Abbildung 1). Durch geschickte Auswahl eines Startjahres lässt sich also immer mal wieder für einen gewissen Zeitraum eine Pause oder gar ein Ende der Erderwärmung konstatieren.

Abbildung 1: Der Erwärmungstrend ist immer eine Frage des betrachteten Zeitraums – in den Daten zur mittleren Erdoberflächentemperatur seit 1970 (grüne Punkte) lassen sich fünf kurze Phasen mit Abkühlungstrend (blaue Linien) finden, obwohl der Langfristtrend (rote Linie) eindeutig nach oben zeigt. Quelle: NASA GISS, NOAA NCDC und HadCRUT4/skepticalscience.com

Neben einem genügend langen Betrachtungszeitraum ist es für verlässliche Trendaussagen auch notwendig, die natürlichen Klimafaktoren im Blick zu haben. Hierzu gehören beispielsweise die Auswirkungen interner Schwankungen des Klimasystems wie „El Niño“, Veränderungen der Sonneneinstrahlung infolge von Vulkanausbrüchen oder Schwankungen der Sonnenaktivität. 1998 eignet sich besonders gut als Jahr, ab dem sich ein vermeintlicher Stopp der Erderwärmung behaupten lässt – denn 1998 war wegen eines starken „El Niño“-Ereignisses ein außergewöhnlich warmes Jahr.

Der IPCC hat sich in seinem 5. Sachstandsbericht von 2013/2014 ausführlich mit der angeblichen „Pause“ (englisch: „hiatus“) bei der Erwärmung beschäftigt. Sein Fazit (in Abschnitt D.1 der Summary for Policymakers):

„Die beobachtete Reduktion beim Oberflächen-Erwärmungstrend über den Zeitraum 1998 bis 2012 … geht zu ungefähr gleichen Teilen auf verminderte Sonneneinstrahlung und interne Klimaschwankungen zurück.“

Ein grundlegendes Missverständnis ist es jedoch, aus einer angeblichen „Erwärmungspause“ zu schließen, den menschverursachten Treibhauseffekt gebe es gar nicht oder er sei schwächer als erwartet. Zudem wird bei dieser Diskussionen zu sehr auf die Lufttemperatur geschaut. Diese ist zwar ein populärer Indikator für die Erderwärmung, aber es gibt noch viele weitere. Die Ozeane beispielsweise geben tendenziell deutlich verlässlichere Hinweise, weil die Wassermassen große Wärmemengen speichern und relativ träge gegenüber Schwankungen sind. Und tatsächlich belegen Daten zu den Ozeanen, dass sich die auch nach 1998 weiter erwärmt haben.

John Russel/klimafakten.de;
zuletzt aktualisiert: Januar 2016

Die Behauptung, seit 1998 habe die vom Menschen verursachte Erderwärmung gestoppt oder sich zumindest verlangsamt, beruht auf zwei Missverständnissen: Erstens ist der betrachtete Zeitraum zu kurz für eine aussagekräftige Einschätzung der langfristigen Klimaentwicklung, denn der Grundtrend der durch menschliche Aktivitäten getriebenen Erwärmung wird von kurzfristigen natürlichen Klimaschwankungen überlagert (Interessanterweise hat sich seit 1998 nur die Erwärmung im Winter verlangsamt, was auf eine natürliche Ursache hindeutet). Zweitens darf nicht außer Acht gelassen werden, dass die Oberflächentemperatur nur ein Indikator unter vielen für die Erderwärmung ist und nicht isoliert betrachtet werden sollte.

Menschliche Aktivitäten (wie die Emission von Treibhausgasen und Luftpartikeln oder Landnutzungsänderungen wie das Roden von Wäldern) sind bekanntlich nicht der einzige Faktor, der auf das Klima einwirkt. Auf der Zeitskala von Jahren bis Jahrzehnten sorgen natürliche Einflüsse für durchaus starke Schwankungen im Klimasystem: So wird die Energiemenge, die auf die Erde trifft, durch Veränderungen der Sonnenaktivität beeinflusst oder auch durch Vulkanausbrüche, bei denen Staubpartikel in die Atmosphäre gelangen, die dann Sonnenstrahlen abschirmen – Sonne und Vulkane sind die wichtigsten externen Faktoren. Hinzu kommen interne Schwankungen des Klimasystems, beispielsweise Phänomene wie El Niño, die große Mengen von Wärmeenergie umverteilen können.

Natürliche Klimafaktoren können über mehrere Jahre hinweg, im Extremfall auch über mehr als zehn Jahre, den Trend der globalen Temperatur spürbar beeinflussen – sie können die menschverursachte Entwicklung sowohl bremsen als auch verstärken. Vor allem einzelne Jahre, aber auch mehrjährige Zeiträume können deutlich von der langfristigen Entwicklung abweichen. Für Beschreibungen des Klimas werden deshalb in der Regel 30-Jahres-Perioden betrachtet; auf der Basis von Satellitendaten kam ein US-Forscherteam zu dem Ergebnis, dass bei Trends über Zeiträume von weniger als 17 Jahren natürliche Schwankungen und menschengemachte Entwicklungen nicht sicher auseinanderzuhalten sind (Santer et al. 2011).

Aber schauen wir auf die konkreten Daten: Der IPCC rechnet in seinem Fünften Sachstandsbericht (in Box 9.2 von Band 1) vor, dass der Erwärmungstrend der globalen Oberflächentemperatur während der vergangenen 15 Jahre „viel kleiner“ war als in den zurückliegenden 60 Jahren. Je nach Datensatz betrug er nur ein Drittel bis die Hälfte. Während sich (laut der britischen Hadley/CRU-Daten) die Luft an der Erdoberfläche zwischen 1951 und 2012 um durchschnittlich 0,11 Grad Celsius pro Jahrzehnt erwärmte, betrug die Erwärmungsrate seit 1998 nur 0,04 Grad Celsius.

Aus der Statistik der Entwicklung in der Vergangenheit und aus den zahlreichen Modellrechnungen lässt sich ableiten, dass eine Abschwächung über 15 Jahre hinweg wie derzeit beobachtet nur relativ selten zu erwarten ist. Als Gründe für die beobachtete „Pause“ bei der Erwärmung der Erdoberfläche werden in der Forschung zur Zeit hauptsächlich fünf  Ursachen diskutiert:

  1. Eine seltene Konstellation ist eingetreten, in der mehrere natürliche Klimafaktoren (externe und interne) gleichzeitig einen negativen Trend aufweisen und diese sich zu einem seltenen, stark kühlenden Einfluss summieren
  2. Von der durch menschlichen Einfluss verursachten zusätzlichen Wärme im Klimasystem der Erde wird zeitweise ein überdurchschnittlicher Anteil durch große Wärmespeicher wie z.B. den Ozean aufgenommen oder in anderen Prozessen absorbiert (z.B. Schmelzen von Eis).
  3. Die bisher verwendeten Modelle überschätzen den menschlichen Einfluss auf das Klima.
  4. Räumliche Lücken in der Temperaturmessung (v.a. Arktis) verfälschen Datenbasis und daraus errechnete Trends.
  5. Die Emissionen anderer Treibhausgase neben Kohlendioxid haben abgenommen.

Diese diskutierten Gründe werden im Folgenden kurz erläutert.

1. Natürliche Klimafaktoren

In der Tat weisen die wichtigsten drei (externen und internen) natürlichen Einfluss-Faktoren über die letzten anderthalb Jahrzehnte alle einen zum Teil recht starken negativen Trend auf:

  • Die tropische Vulkanaktivität hat im zurückliegenden Jahrzehnt etwas zugenommen, die damit verbundene erhöhte Konzentration von Luftpartikeln in höheren Atmosphärenschichten hat ebenfalls einen kühlenden Effekt (Neely et al. 2013).

Kann dieses zeitgleiche Auftreten mehrerer negativ wirkender Klimafaktoren die Schwächung des Erwärmungstrends erklären? Soweit man bisher über den Einfluss der genannten Faktoren weiß, ist dies der Fall – doch bestehen hier auch noch einige Unsicherheiten. Bezüglich des Einflusses von El Niño zum Beispiel kamen zwei aktuelle Studien zu sehr verschiedenen Schlüssen: Während Fyfe et al. 2013 einen nur geringen Einfluss von El Niño fanden, erklärten Kosaka/Xie 2013 den „Erwärmungsstopp“ praktisch vollständig mit dem negativen El-Niño-Trend; statistische Analysen des Einflusses (z.B. Foster/Rahmstorf 2011) liegen etwa in der Mitte. Ähnlich unsicher ist das Bild beim Einfluss der Luftpartikel von Vulkanausbrüchen: Laut statistischen Analysen haben sie einen nur geringen Effekt, hingegen erklären Solomon et al. 2011 mit ihnen bis zur Hälfte der Verlangsamung.

Das folgende Video verdeutlicht den Einfluss der drei genannten natürlichen Faktoren auf die kurzfristige Erwärmungskurve (Achtung: Es gibt weitere, vermutlich kleinere Faktoren, die das Video nicht berücksichtigt).

Fazit: Die Trends in den natürlichen Faktoren zusammengenommen können den „Erwärmungsstopp“ (im Rahmen der vorhandenen Unsicherheiten) vollständig oder mindestens zu einem großen Teil erklären.

2. Aufnahme der Wärme in Speichern

Eine weitere diskutierte Erklärung sind Wärmeverschiebungen zwischen den einzelnen Komponenten des Klimasystems der Erde. Die Atmosphäre speichert nämlich nur einen geringen Teil der Wärmeenergie der Erde, die Ozeane enthalten ein Vielfaches (siehe Abbildung 2). Laut IPCC (Kapitel TS.2.3 im Technical Summary von Band 1 des Fünften Sachstandsberichtes) sind von der zusätzlichen Wärme, die der Globus zwischen 1971 und 2010 aufgenommen hat, 93 Prozent in die Ozeane geflossen (64 Prozent in die oberen 700 Meter und die 29 Prozent in die tieferen Schichten), drei Prozent in die Landmassen, drei Prozent in die Eisschmelze (Arktis, Grönland, Antarktis und sämtliche Gebirgsgletscher) und lediglich ein Prozent in die Erwärmung der Luftmassen.

Schon vergleichsweise kleine Energieverschiebungen können daher einen großen Effekt auf die Temperatur der Atmosphäre haben. Weil aber die Erwärmung der oberen Ozeanschichten in den  vergangenen Jahren nachgelassen hat, müsste eine zusätzliche Wärmeaufnahme im Ozean durch einen Wärmetransport in tiefere Schichten erklärt werden. Tatsächlich kamen verschiedene Studien (beispielsweise Meehl et al. 2011, Balmaseda et al. 2013, Gleckler et al. 2016) zu dem Schluss, dass dies in den vergangenen Jahren verstärkt geschehen ist. Jedoch sind die Messreihen vor allem in den tiefen Ozeanschichten noch relativ kurz, so dass solche Aussagen noch mit größeren Unsicherheiten behaftet sind. Außerdem ist es möglich, dass diese Energieverschiebung mit der eben besprochenen El Niño-Anomalie zu tun hat (El Niño beeinflusst den Wärmeaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean) und somit beide Phänomene nur zwei Seiten derselben Medaille sind.

Wohin fließt die Energie der Erderwärmung?

Abbildung 2: Wohin fließt die Energie der Erderwärmung? Nach IPCC-Angaben nahm der Globus zwischen 1971 und 2010 die ungeheure Menge von etwa 274x1021 Joule zusätzliche Sonnenergie auf. Den allergrößten Teil davon absorbierten die Weltmeere (93 Prozent), insbesondere der obere Ozean bis zu einer Tiefe von 700 m, die Atmosphäre hingegen nahm nur ein Prozent der Energiemenge auf. Daten zur Erwärmung der Atmosphäre zeigen also nur einen kleinen (und schwankungsanfälligen) Teil des Gesamtbildes. Der Anteil von Eismassen (inklusive arktischem Meereis, Eisschilden und Gletschern) und Kontinenten ist mit jeweils nur drei Prozent ebenfalls klein, im Vergleich zu dem der Ozeane. Quelle: Eigene Abbildung nach IPCC, AR5, WG1, TS.2.

Fazit: Es ist gut möglich, dass die tiefen Ozeanschichten in den vergangenen 15 Jahren mehr Wärme aufgenommen haben als in der Zeit davor – was die langsamere Erwärmung sowohl der Atmosphäre als auch der oberflächennahen Ozeanschichten im gleichen Zeitraum erklären könnte.

3. Überschätzung der Treibhausgaswirkung durch Klimamodelle

Der beobachtete Rückgang des Erwärmungstempos der Erdmitteltemperatur ist mit den bisherigen Klimamodellen nicht einfach in Einklang zu bringen. Wie der IPCC in seinem aktuellen Sachstandsbericht (siehe Box 9.2 von Band 1) schreibt, tritt eine derart niedrige Erwärmungsrate über 15 Jahre nur in knapp drei Prozent der Simulationen auf. Mit „mittlerer Sicherheit“, so der Report, überbewerten wohl einige Modelle die Wirkung einer erhöhten Treibhausgaskonzentration auf die globale Temperatur (bekannt als „Klimasensitivität“). In diese Richtung deuten auch neuere Veröffentlichungen, etwa Otto et al. 2013. Die Ursachen einer Überschätzung könnten beispielsweise in den Unsicherheiten bei der Klimawirkung von Luftpartikeln und Wasserdampf liegen.

Grundsätzlich ist jedoch eine eventuelle Überschätzung der Klimawirksamkeit von Treibhausgasen (der so genannten Klimasensitivität) keine Erklärung für eine Änderung des Trends – denn die Klimasensitivität ist eine Konstante, sie kann sich nicht plötzlich 1998 verändert haben. Allerdings lässt die langsamere Erwärmung in den vergangenen 15 Jahren den langfristigen Trend (beispielsweise über 60 Jahre), der für die Einschätzung der Treibhausgaswirkung beigezogen wird, leicht sinken. Das heißt, die „Erwärmungspause“ könnte ein Hinweis auf eine generelle Überschätzung der Treibhausgaswirkung sein. Betrachtet man die Änderung des langfristigen Trends, die durch den Trendrückgang der vergangenen 15 Jahre verursacht wird, dann zeigen Berechnungen, dass die Überschätzung im Bereich von rund zehn Prozent liegen könnte.

Ein Unterschied zwischen den Trends in den Klimamodellen und den beobachteten Trends kann jedoch auch andere Ursachen haben. So sind in den Modellen die beobachteten Veränderungen der natürlichen Faktoren (Sonnenaktivität/El Niño/Vulkanismus) in den letzten 15 Jahren nicht berücksichtigt – die Modelle gehen von unveränderten Zyklen der natürlichen Variabilität aus.

Fazit: Es ist gut möglich, dass einige Klimamodelle die Wirkung der menschengemachten Treibhausgas-Emissionen etwas überschätzen. Eine solche Überschätzung kann jedoch keine Veränderung im Trend erklären und genügt auch vom Umfang bei weitem nicht als Erklärung für die Diskrepanz zwischen der beobachteten Erwärmung der letzten 15 Jahre und der laut Klimamodellen zu erwartenden.

4. Räumliche Lücken in der Temperaturmessung verfälschen die Trends

Es ist seit längerem bekannt, dass Temperaturveränderungen in der Arktis aufgrund fehlender Messstationen kaum erfasst werden und deshalb in den Berechnungen der globalen Temperatur nur teilweise oder gar nicht berücksichtigt werden. Cowtan/Way 2013 führen die sogenannte „Erwärmungspause“ teilweise auf diese Datenmängel zurück: Die Arktis ist nämlich just jene Weltregion, die sich in den vergangenen Jahren am stärksten erwärmt hat.

Die Erwärmung in der Arktis hat vor allem in den letzten zehn bis 15 Jahren stark zugenommen, so dass der Effekt mangelhafter Daten zum Rückgang des gemessenen Erwärmungstrends in diesem Zeitraum beigetragen haben könnte. Cowtan/Way haben in ihrer Studie versucht, die Lücke bei den Bodendaten mit Hilfe von Satellitendaten zu korrigieren – und zeigten, dass damit etwa die Hälfte der „Erwärmungspause“ erklärt würde. Aber auch diese Rechnung ist noch mit einigen Unsicherheiten behaftet.

Fazit: Die Datenlücke in der Arktis könnte einen Teil der „Erwärmungspause“ erklären, doch fehlt noch eine Langzeitanalyse dieses Effekts.

5. Die Emissionen einiger Treibhausgase haben abgenommen.

Im aktuellen Sachstandsbericht des IPCC werden auch die Veränderungen im Strahlungsantrieb genauer unter die Lupe genommen: Dieser betrug in den vergangenen 15 Jahren nur etwa zwei Drittel des Wertes der 15 Jahre zuvor (1984-1998). Darin enthalten sind sowohl die natürlichen Einflussfaktoren wie auch die anthropogenen Antriebe, hauptsächlich die Emission von Treibhausgasen.

Estrada et al. 2013 zeigen, dass seit Mitte der 1990er Jahre die Emissionen einiger Treibhausgase, namentlich von FCKW, Methan und Luftpartikeln abgenommen haben. Die Wirkung dieses Rückgangs ist stärker als die gleichzeitige Zunahme der CO2-Emissionen, sodass sich in der Summe eine abnehmende Antriebswirkung ergibt. Wie groß dieser Effekt ist, wird allerdings nicht quantifiziert.

Fazit: Änderungen bei den Emissionen anderer Treibhausgase, etwa FCKW, könnten ein weiterer möglicher Erklärungsansatz für die „Erwärmungspause“ sein, der aber noch einer genaueren Quantifizierung bedarf.

Prüffrage: Wie ist der Erwärmungsrückgang nur im Winter zu erklären?

Die sogenannte „Pause“ hat ein besonderes Charakteristikum: Die geringere Erwärmung zeigt sich nur im Winter (primär Dezember-Februar) und hauptsächlich auf der Nordhalbkugel; im Sommerhalbjahr hingegen ging die Erwärmung in den vergangenen anderthalb Jahrzehnten mehr oder weniger ungebremst weiter (Cohen et al.,  2012).

Eventuelle Erklärungen für die „Erwärmungspause“ müssen deshalb daraufhin geprüft werden, ob sie auch diese saisonale Diskrepanz erklären. Dies leistet bisher der Erklärungsversuch über El Niño (siehe obigen Punkt 1): Kosaka/Xie 2013 argumentieren, die Temperaturänderungen in den Tropen, die durch El Niño verursacht werden, würden im Winter viel stärker in die Nordhemisphäre transportiert als im Sommer und schlügen deshalb vor allem auf die Temperatur im Winter durch.

Auch der Erklärungsansatz über die Datenlücke in der Arktis (Punkt 4) lässt sich mit der Beschränkung auf den Winter vereinbaren, zeigt sich die verstärkte Erwärmung in der Arktis doch hauptsächlich im Winter. Die anderen diskutierten Faktoren (Wärmeaufnahme im tiefen Ozean, Änderung der Sonneneinstrahlung wegen solarer Schwankungen oder vulkanischer Aerosole, Reduktion verschiedener Treibhausgasemissionen) hingegen können das saisonale Ungleichgewicht nicht erklären.

Schlussfolgerung

Die wissenschaftliche Diskussion über die Ursachen der relativ schwachen globalen Erwärmung in den vergangenen 15 Jahren ist noch nicht abgeschlossen. Nach allem, was man bisher weiß, resultiert sie aus einem Zusammenwirken verschiedener natürlicher Klimafaktoren, die den langfristigen Erwärmungstrend infolge menschlicher Aktivitäten zeitweise überdecken. Vermutlich geht die „Erwärmungspause“ zu ungefähr gleichen Teilen zurück auf die kühlende Wirkung externer Faktoren (Sonneneinstrahlung und Vulkanismus) sowie interne Schwankungen im Klimasystem (Ozeanzyklen wie El Niño, evtl. verbunden mit der Umverteilung von Wärme in die Tiefsee). Aber auch die ungenügende Erfassung der verstärkten Erwärmung in der Arktis oder der Rückgang der Emission einiger Treibhausgase könnte zum Erwärmungsrückgang beigetragen haben. Parallel dazu könnte die langsamere Erwärmung daraufhin deuten, dass einige Klimamodelle die Wirkung der Treibhausgase auf die globale Temperatur etwas überschätzen.

Bleibt die Frage, was all dies für die Klimapolitik bedeutet? Am Fakt, dass langfristig betrachtet ein erheblicher menschengemachter Klimawandel stattfindet, hat die langsamere Erwärmung zwischen 1998 und 2013 keine Auswirkung. Der IPCC vermutet (vgl. Box 9.2 von Band 1 des Fünften Sachstandsberichts), dass auf die zurückliegende Phase mit langsamerer Erwärmung bald eine mit umso schnellerer folgen könnte (nur ein starker Vulkanausbruch könne dies verhindern). Doch selbst wenn dies ausbleibt, bedeutet die „Erwärmungspause“ lediglich, dass ein bestimmter Temperaturanstieg (zum Beispiel um zwei Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau) um einige Jahre später erreicht würde – und für die Maßnahmen zur Emissionsminderung oder Anpassung an den Klimawandel etwas mehr Zeit bliebe. Am großen Umfang der notwendigen Maßnahmen ändert sich so oder so nichts.

Urs Neu/klimafakten.de;
zuletzt aktualisiert: Januar 2016