Anthropogener Klimawandel - Grundlagen, Fakten, Projektionen

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1 Anthropogener Klimawandel - Grundlagen, Fakten, Projektionen Dr. Stephan Bakan stephan.bakan@zmaw.de Max-Planck-Institut für Meteorologie KlimaCampus Hamburg Vortrag: Jens Sander, Tornesch, Dr. Stephan Bakan 1975 Diplom in Physik an der LMU München 1981 Promotion am MPI-M Hamburg zum Thema: Strahlungsgetriebene Zellularkonvektion in Schichtwolken Leitung der Arbeitsgruppe Passive Fernerkundung der Atmosphäre" am MPI-M Wissenschaftliche Arbeitsschwerpunkte: Wechselwirkung von Strahlung und Wolken und deren Auswirkung auf Klimaprozesse Fernerkundung atmosphärischer Parameter mit satelliten- und bodengebundenen Messtechniken Koordination der Erstellung der globalen Satellitenklimatologie HOAPS für Niederschlag und Verdunstung und aller dafür nötigen Atmosphärenparameter über dem globalen eisfreien Ozean ( 1

2 Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen ( Weltklimarat ) Erstellt im Abstand von einigen Jahren zusammenfassende Berichte über den Stand des Wissens zur globalen Klimaänderung und ihren Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft, und macht Vorschläge zur geeigneten Reaktion WG 1: Wissenschaftliche Grundlagen WG 2: Auswirkungen und Anpassung WG 3: Vermeidungsstrategien TF: Überwachung der nationalen Treibhausgasemissionen Beteiligt sind über tausend Wissenschaftler aus allen UN-Mitgliedsstaaten zum Teil als Autoren, zum Teil aber auch als Korrekturleser Global air temperature (Reference period ) 2

3 Abnahme der Meereisausdehnung Arktische Meereisausdehnung im Sept. (Quelle: NSIDC) Beobachtete Veränderung der Treibhausgase 300ppm = 0.03 Vol% 1000ppb = 1ppm IPCC AR4,

4 Kohlenstoffkreislauf nach IPCC 2007 Der Treibhauseffekt 4

5 Globale Strahlungsbilanz als Stömungsantrieb Antrieb für die globale Ausgleichsströmung in Atmosphäre und Ozean, die in den mittleren Breiten zum Westwindgürtel und den damit verbundenen Hoch- und Tiefdruckgebieten führt Globale Zirkulation Ohne Rotation 5

6 Das Klimasystem The structure of a GCM What we want to know adiabatic fluid dynamics dynamical core tracer transport scheme diabatic processes Parameterizations 6

7 Das Klimasystem im numerischen Gitter Räumliche Auflösung 7

8 Besonderheiten der Klimamodellierung: Komponentenmodelle für Ozean, Atmosphäre, Landoberflächen mit Vegetation, Kryosphäre, Chemie, usw. => interaktive Kopplung Lange Rechenzeiträume => grobe Gitterauflösung Prozessparameterisierungen wichtig, aber z.t. noch nicht gut genug: Wolken, Strahlung, Turbulenz, Konvektion Anfangsbedingungen unerheblich Variabilität durch interne Schwingungen => Ensemble-Läufe Variabilität durch Änderung der Randbedingungen bzw. Antriebe (z.b. Treibhausgase, Aerosol, Landnutzung, Solarstrahlung, usw.) => Klimaänderung Überprüfung des gegenwärtigen Klimazustandes durch Vergleich mit aktuellen Daten (Kontrolllauf) Überprüfung durch historische Messungen Natürliche Klimaantriebe 8

9 Klimamodelle beschreiben die Vergangenheit Ursachen des anthropogenen Strahlungsantriebes 9

10 Anthropogene Treibhausgase im 21. Jahrhundert Folgen für das globale Klima (Temperatur): 10

11 Folgen für das globale Klima (Temperatur): Wichtigste Ergebnisse Für das letzte Jahrhundert finden wir in Beobachtungen und Klimamodellen systematische Änderungen von verschiedensten Klimavariablen: Substantielle Erwärmung von Land- und Ozeanoberflächen Erwärmung der Troposphäre und Zunahme der Tropopausenhöhe Zunahme des atmosphärische Wasserdampfgehalts Veränderte Niederschlagsmuster Rückgang der meisten Gletscher Anstieg des globalen Meeresspiegels Rückgang der Schnee- und Eisbedeckung auf der Nordhalbkugel Jeder einzelne dieser Änderungen ist konsistent mit unserem Verständnis der Entwicklung infolge der beobachteten anthropogenen Antriebe. Alle zusammen sind aber auf keinen Fall mit einer zufälligen natürlichen Variabilität alleine zu erklären. Allerdings gibt es noch erhebliche Unsicherheiten von Größe und räumlicher Verteilung der Klimaänderungen des 21. Jahrhunderts 11

12 Entwicklung der (globalen) Temperatur Impact of satellite data on forecast skill Anomaly correlation Increase in anomaly correlation of 500hPa height forecasts during recent decades is to a large extent due to the assimilation of satellite data Source: The Changing Earth (SP-1304, ESA, 2006) 12