Einleitung – Wie funktioniert das Klimanarrativ?

Die Entwicklung des Klimanarrativ ist schwierig zu verstehen. 

Wie ist es möglich, alle wichtigen, auch die renommiertesten Universitäten wie Harvard, MIT und Stanford, Oxford, Cambridge und Heidelberg auf die gemeinsame Konsenslinie zu bringen? Wie kann es gelingen, dass die berühmtesten Zeitschriften wie Nature und Science, aber auch populärwissenschaftliche wie Spektrum der Wissenschaft nur noch ein einziges Verständnis gelten lassen, ohne ihren Ruf nicht offensichtlich zu ruinieren?

Es kann nicht funktionieren, ohne dass ein solides wissenschaftliches Fundament zugrunde liegt, das man nicht ohne Blamage bestreiten kann. Diejenigen, die es trotzdem tun, werden auf denkbar einfache Weise als „Klimaleugner“ oder „Wissenschaftsfeinde“ identifiziert. 

Auf der anderen Seite sind die Vorhersagen daraus und insbesondere die politischen Konsequenzen daraus dermaßen menschenfeindlich und wirklichkeitsfremd, dass nicht nur eine tiefe gesellschaftliche Spaltung entstanden ist, sondern dass sich viele fragen, was das für eine Wissenschaft sein soll, die dermaßen abwegige Ergebnisse produziert.

Im Laufe meiner eigenen Analysen zum Klimathema habe ich ein Muster gefunden, das sich wie ein roter Faden durch alle Aspekte durchzieht. Dieses Muster möchte ich anhand von 4 Schwerpunkten, die in der Klimaforschung bedeutsam sind, illustrieren.

Das Muster besteht darin, dass es im Kern immer eine korrekte Beobachtung oder ein gültiges Naturgesetz gibt. Im nächsten Schritt werden allerdings die Ergebnisse dieser Beobachtung entweder ungeprüft in die Zukunft fortgeschrieben, die Ergebnisse werden übertrieben oder sogar in ihrer Bedeutung verdreht. Andere, zielführende Erkenntnisse werden weggelassen oder ihre Veröffentlichung unterdrückt.

Immer mit dem Ergebnis, dass bei dem jeweiligen Teilaspekt des Klimas ein möglichst schlimmes Ergebnis droht. Das Zusammenfügen mehrerer solcher Komponenten führt in der Summe dann zu den katastrophalen Horrorszenarien, mit denen wir täglich konfrontiert werden. Da die Aussagen meist die Zukunft betreffen, lassen sie sich in der Regel kaum überprüfen.

Die gesamte Argumentationskette hat typischerweise folgende Form:

1. Die anthropogenen Emissionen wachsen – exponentiell.
2. Mit den Emissionen wächst die atmosphärische Konzentration an, solange die Emissionen nicht vollständig auf Null reduziert werden
3. Das Anwachsen der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre führt zu einem – dramatischen – Anwachsen der durchschnittlichen Temperatur
4. Darüber hinaus gibt es noch positive Rückkopplungen, wenn die Temperatur anwächst, ja sogar Kipppunkte, jenseits derer keine Umkehr mehr möglich ist.
5. Andere Erklärungen wie Sonnenstunden oder die damit zusammenhängende Wolkenbildung wird ignoriert, heruntergespielt oder in das System als Rückkopplungseffekt eingebaut.
6. Die Auswirkungen sind in der Summe dermaßen katastrophal, dass damit beliebige totalitäre politische Maßnahmen gerechtfertigt werden, mit dem Ziel, die weltweiten Emissionen auf Null herunterzudrücken.

Meine Beschäftigung mit dem Thema hat mich zu dem Ergebnis geführt, dass jeder einzelne dieser Punkte das oben beschriebene Muster zeigt, dass es zwar immer einen wahren Kern gibt, der für sich genommen harmlos ist. Den wahren Kern herauszuarbeiten und die Übertreibungen, falschen Extrapolationen oder Weglassen wesentlicher Informationen herauszuarbeiten, ist das Ziel dieser Schrift.

1.    Die anthropogenen Emissionen wachsen – exponentiell?

Jeder kennt die klassischen Beispiele exponentiellen Wachstums, z.B. das Schachbrett, das Feld für Feld mit jeweils der doppelten Menge Reis gefüllt wird. Ein exponentielles Wachstum führt grundsätzlich immer in eine Katastrophe. Daher ist es wichtig, die Fakten des Emissionswachstums zu prüfen.

Abbildung 1 zeigt das relative Wachstum der weltweiten anthropogenen Emissionen während der letzten 80 Jahre.

Abbildung 1: Relatives Wachstum der weltweiten Emissionen

Um das Diagramm zu verstehen, vergegenwärtigen wir uns, dass konstantes relatives Wachstum exponentielles Wachstum bedeutet. Ein Sparkonto mit 3% Zinsen wächst im Prinzip exponentiell. Demnach finden wir exponentielles Emissionswachstum mit einer Wachstumsrate von etwa 4,5% zwischen 1945 bis 1975. Diese Phase nannte man einst „Wirtschaftswunder“. Danach ging das Emissionswachstum bis 1980 auf 0 zurück. Man nannte diese Zeit „Rezession“, mit der Konsequenz von Regierungswechseln in USA und Deutschland.

Ein weiterer Wachstumstiefpunkt der Emissionen war um 1990 mit dem Zusammenbruch des Kommunismus verbunden, mit einem folgenden Wiederanstieg, hauptsächlich in den Schwellenländern. Seit 2003 erfolgt eine beabsichtigte Reduktion des Emissionswachstum infolge der Klimapolitik.

Festzuhalten ist, dass aktuell das Emissionswachstum auf 0 gefallen ist.

Vor kurzem hat Zeke Hausfather von CarbonBrief festgestellt, dass die weltweiten  anthropogenen Emissionen seit 2011 im Rahmen der Meßgenauigkeit konstant sind, dargestellt in Abbildung 2.

Demzufolge ist auch für die Zukunft kein Überschreiten der aktuellen Emissionen mehr zu erwarten. Die längerfristige Fortschreibung der aktuellen geplanten künftigen Emissionen, das sogenannte „Stated Policies“ Szenario (von 2021) erwartet bis 2030 konstante weltweite Emissionen und danach eine ganz leichte Senkung von 0,3% pro Jahr.

Abbildung 2  Anthropogene Emissionen sind seit 2011 konstant

Abbildung 3  STEPS Szenario (States Policies Scenario) der IEA, nahezu konstante Emissionen.

Demzufolge sind die beiden vom IPCC am häufigsten verwendeten Zukunftsszenarien (RCP 8.5 und RCP6.2) fern von der Realität der tatsächlich möglichen Emissionsszenarien. Trotzdem ist das Extremszenario RCP8.5 in den Modellrechnungen immer noch das am häufigsten verwendete.

Wissenschaftlich seriös sind vor allem das IPCC Szenario RCP4.5 und diesem in Abbildung 3 dargestellten ähnlichen IEA Szenario „Stated Policies“ (dort S. 33, Figure 1.4).

Damit bleibt es bei Anerkennung der realistischen Emissionsszenarien ohne Infragestellung der vom IPCC verbreiteten Aussagen über das Klima bei einer maximalen emissionsbedingten Temperaturerhöhung von 2,5°C gegenüber dem vorindustriellen Zustand. 

2. Atmosphärische CO₂ Konzentration steigt kontinuierlich an  —  
    es sei denn, die Emissionen werden auf Null reduziert?

Die Frage ist, wie sich anthropogene Emissionen auf die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre auswirken.  Es ist bekannt und in Abb. 4 von der Internationalen Energieagentur illustriert, dass bei weitem nicht alles emittierte CO₂ in der Atmosphäre verbleibt, sondern dass ein wachsender Anteil davon von den Ozeanen und den Pflanzen wieder absorbiert wird.

Abbildung 4 Quellen und Senken des CO₂

Die statistische Auswertung der anthropogenen Emissionen und der CO₂-Konzentration ergibt unter Berücksichtigung der Massenerhaltung und einem linearen Modell der natürlichen Senken Ozeane und Biosphäre, dass jedes Jahr knapp 2% der über das vorindustrielle natürliche Gleichgewichtsniveau hinausgehenden CO₂-Konzentration von den Ozeanen und der Biosphäre absorbiert werden.  Das ist aktuell die Hälfte der anthropogenen Emissionen mit zunehmender Tendenz, wie in Abbildung 5 dargestellt.  

     Abbildung 5 CO₂ Bilanz und lineares Senkenmodell

Das wahrscheinlichste weltweite Zukunftsszenario der Internationalen Energie Agentur – die in Abb. 3 dargestellte Fortschreibung heutiger politischer Regelungen Regelungen  (Stated Policies Szenario STEPS) – beinhaltet bis zum Ende des Jahrhunderts eine sanften Abnahme (3%/Jahrzehnt) der weltweiten Emissionen auf das Niveau von 2005. Diese Emissionsverringerungen sind durch Effizienzverbesserungen und normalen Fortschritt erreichbar.

Wenn wir dieses STEPS Referenz-Szenario zugrunde legen, führt dies bei Nutzung des linearen Senkenmodells zu einem Anstieg der Konzentration um 55 ppm auf ein Plateau von 475 ppm, wo dann die Konzentration verbleibt.   

Abbildung 6  Gemessene und vorhergesagte CO₂-Konzentration mit 95% Fehlerbalken

Wesentlich ist, dass dabei die CO₂-Konzentration auf keine klimatisch gefährlich hohe Werte steigen wird.   Wörtlich heißt es im Pariser Klimaabkommen im Artikel 4.1:
Die Länder müssen ihre maximalen Emissionen baldmöglichst erreichen “um so ein Gleichgewicht zwischen anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen und und deren Absorption mittels Senken in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts zu erreichen”. Das Pariser Klimaabkommen verlangt also keineswegs eine vollständige Dekarbonisierung. 

Das Netto-Null Gleichgewicht zwischen Emissionen und Absorptionen wird mit der Fortschreibung heutigen Verhaltens im Jahre 2080 ohne ruinöse Klimamaßnahmen erreicht. 

Ohne auf die Details der sog. Sensitivitätsberechnung einzugehen, lässt sich vereinfacht für die weitere Temperaturentwicklung sagen:

Wenn wir annehmen, dass die CO₂-Konzentration voll verantwortlich ist für die Temperaturentwicklung der Atmosphäre, dann war 2020 die CO₂-Konzentration 410 ppm, also (410-280) ppm = 130 ppm über dem vorindustriellen Niveau. Bis dahin war die Temperatur etwa 1° C höher als vor der Industrialisierung. Künftig können wir mit der obigen Prognose eine Erhöhung der CO₂-Konzentration um (475-410) ppm = 65 ppm erwarten. Das ist grade die Hälfte der bisherigen Steigerung. Demzufolge können wir, auch wenn wir von der Klimawirkung des CO₂ überzeugt sind, bis dahin zusätzlich die Hälfte der bisherigen Temperaturerhöhung erwarten, also ½° C. Demzufolge wird 2080 die Temperatur mit 1,5° C über vorindustriellem Niveau das Ziel des Pariser Klimaabkommens erfüllen, auch ohne radikale Emissionsreduktionen. 

3.    Atmosphärische CO₂ Konzentration verursacht – dramatischen?  — Temperaturanstieg

Nach der Diskussion über die möglichen CO₂-Mengen, mit denen wir es künftig zu tun haben, wollen wir und nun mit dem Klima-Kernthema beschäftigen, dem Treibhauseffekt des CO₂.  

Der mögliche Einfluss des CO₂ auf die Erderwärmung besteht darin, dass durch dessen Absorption von Wärmestrahlung diese Strahlung abgeschwächt in das Weltall gelangt. Die Physik dieses Prozesses ist der Strahlungstransport. Da das Thema einerseits grundlegend für die gesamte Klimadiskussion ist, andererseits anspruchsvoll und schwer durchschaubar, möchte ich es hier ausführlich behandeln, aber die komplizierten physikalischen Formeln weglassen.

Um den Treibhauseffekt messen zu können, muss die in das Weltall abgestrahlte Infrarotstrahlung gemessen werden. Der erwartete Treibhauseffekt ist aber mit 0,2 W/m² pro Jahrzehnt so winzig, dass er mit heutiger Satellitentechnologie, die eine Messgenauigkeit von etwa 10 W/m² hat, nicht direkt nachweisbar ist.

Daher hat man keine andere Wahl, als sich mit mathematischen Modellen der physikalischen Strahlungstransportgleichung zu begnügen. Ein gültiger Beweis für die Wirksamkeit dieses CO₂ Treibhauseffektes in der realen, sehr viel komplexeren Atmosphäre ist das allerdings nicht.

Es gibt ein weithin anerkanntes Simulationsprogramm MODTRAN, mit dem die Abstrahlung von Infrarotstrahlung in den Weltraum und damit auch der CO₂-Treibhauseffekt physikalisch korrekt simuliert werden kann:

Abbildung 7 Vergleich zwischen gemessenem Infrarot-Spektrum und mit MODTRAN simuliertem Infrarot-Spektrum

Abbildung 7 zeigt, dass die MODTRAN Rekonstruktion des Infrarotspektrums hervorragend mit dem aus dem Weltraum gemessenen Infrarotspektrum übereinstimmt. Damit können wir die Anwendbarkeit des Simulationsprogramms rechtfertigen und schließen, dass sich mit der Simulation auch hypothetische Konstellationen mit ausreichender Genauigkeit beschreiben lassen.

Mit diesem Simulationsprogramm wollen wir die wichtigsten Aussagen bezüglich des Treibhauseffekts überprüfen.

Um auf bekanntem Gefilde zu beginnen, versuchen wir zunächst, den üblicherweise publizierten, „reinen CO₂-Treibhauseffekt zu reproduzieren“, indem die durch nichts reduzierte Sonneneinstrahlung die Erde erwärmt und deren Infrarotstrahlung in den Weltraum ausschließlich durch die CO₂-Konzentration abgeschwächt wird. Die CO₂-Konzentration wird auf das vorindustrielle Niveau 280 ppm eingestellt.

Wir verwenden dabei die sogenannte Standard-Atmosphäre, die sich seit Jahrzehnten bei für die Luftfahrt wichtigen Berechnungen bewährt hat, entfernen aber alle anderen Spurengase, ebenso den Wasserdampf. Die anderen Gase wir Sauerstoff und Stickstoff sind aber als vorhanden angenommen, sodass sich an der Thermodynamik der Atmosphäre nichts ändert. Durch leichte Korrektur der Bodentemperatur auf 13,5°C (Referenztemperatur ist 15°C) wird die Infrarot-Abstrahlung auf 340 W/m² eingestellt. Das ist grade ¼ der Solarkonstante, entspricht also genau der auf die ganze Erdoberfläche verteilten Sonneneinstrahlung.  

Gut erkennbar ist im Spektrum das „CO₂-Loch“, also die gegenüber dem normalen Planck-Spektrum  verminderte Abstrahlung im CO₂-Band.

Abbildung 8 Simuliertes IR-Spektrum: nur vorindustrielles CO₂

Was passiert nun bei Verdoppelung der CO₂-Konzentration:

Abbildung 9 Strahlungsantrieb bei Abbildung 9a Temperaturanstieg zur
CO2-Verdoppelung (kein Albedo,                                    Kompensation des Strahlungsantriebs
kein Wasserdampf)                                                            von Abb. 9.

In Abb. 9 sehen wir, dass bei Verdoppelung der CO₂-Konzentration auf 560 ppm der Wärmefluß der Infrarotstrahlung um 3,77 W/m² vermindert wird. Diese Zahl wird vom IPCC und fast allen Klimaforschern verwendet, um den CO₂-Antrieb („Forcing“) zu beschreiben.  In Abb. 9a verändern wir die Bodentemperatur von -1,5°C auf -0,7°C, um wieder die Abstrahlung von 340 W/m² zu erreichen. Diese Erwärmung um 0,8°C bei Verdoppelung der CO₂-Konzentration wird als „Klima-Sensitivität“ bezeichnet.  Sie ist, angesichts der aktuellen Meldungen über die drohenden Klimakatastrophen überraschend gering.

Insbesondere, wenn wir bedenken, dass die bisher verwendeten Einstellungen des Simulationsprogramms völlig an der realen Erdatmosphäre vorbeigehen:

• Keine Berücksichtigung der Albedo, der Rückstrahlung des Lichteinstrahlung,
• Keine Berücksichtigung von Wolken und Wasserdampf

Schritt für Schritt wollen wir uns nun den realen Bedingungen nähern. Die Szenarien sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

Szenario	Albedo	Einstrahlung  (W/m2)	CO2 vorher (ppm)	Temperatur (°C)	CO2 nachher (ppm)	Antrieb  (W/m2)	Temperatur- Steigerung fürs Gleichgewicht (°C)
Vorindustriell Nur CO2, keine Wolken, kein Wasserdampf	0	340	280	13,7	560	-3,77	0,8
Keine Treib-hausgase, keine Wolken (CO2 von 0-280 ppm)	0,125	297,5	0	-2	280	-27	7
Nur CO2, Albedo, keine Wolken, kein Wasserdampf	0,125	270	280	5	560	-3,2	0,7
Vorindustrielle  Standard- Atmosphäre	0,3	240	280	15	560	-2	0,5
Vorindustrielle  Standard Atmosphäre, CO2 heutige Konzentration	0,3	240	280	15	420	-1,1	0,3

Das Szenario in der ersten Zeile der Tabelle ist das soeben besprochene „reine CO₂“ Szenario.

In der zweiten Zeile gehen wir noch einen Schritt zurück, und entfernen auch noch das CO₂, also ein Planet ohne Treibhausgase, ohne Wolken, ohne Wasserdampf. Aber die Erdoberfläche reflektiert Sonnenlicht, hat also Albedo. Der Wert 0,125 entspricht dem sonstiger Gesteinsplaneten ebenso wie der Meeresoberfläche. Erstaunlicherweise kommt in diesem Fall eine Oberflächentemperatur von
-2° C (und nicht wie oft behauptet -18°C!) zustande. Das kommt daher, dass wir, da wir keinen Wasserdampf annehmen, auch keine Wolkenalbedo haben. Erhöhen wir nun die CO₂-Konzentration auf das vorindustrielle Niveau von 280 ppm, dann reduziert sich die Infrarot-Abstrahlung um 27 W/m². Dieser große Strahlungsantrieb wird durch eine Temperatursteigerung von 7°C ausgeglichen.

Wir stellen fest, zwischen dem Zustand ganz ohne Treibhausgase und dem vorindustriellen Zustand gibt es einen stattlichen Treibhauseffekt, mit einer Erwärmung um 7°C.

Die dritte Zeile nimmt diesen vorindustriellen Zustand, also Erdalbedo, 280 ppm CO₂, keine Wolken und kein Wasserdampf als Ausgangspunkt für das nächste Szenario. Bei Verdoppelung der CO₂-Konzentration bekommen wir einen Strahlungsantrieb von -3,2 W/m², also etwas weniger als bei dem ersten „reinen CO₂-Szenario“. Demzufolge ist auch hier die Erwärmung mit 0,7°C  zur Erreichung des Strahlungsgleichgewichts etwas geringer.

Nach diesen Vorbereitungen haben wir in der 4. Zeile die vorindustrielle Standardatmosphäre mit Albedo, Wolken und Wasserdampf.  Jetzt verwenden wir die reale, gemessene Albedo von 0,3, sowie die der Standardatmosphäre zugehörige Bodentemperatur von 15°C.  Es gibt nun mehrere Möglichkeiten, Bewölkung und Wasserdampf einzustellen, um die der Albedo a=0,3 entsprechende Infrarot-Abstrahlung von 340 W/m² * (1-a) = 240 W/m² zu erreichen. Für’s Ergebnis kommt es nicht auf die genaue Wahl dieser Parameter an, solange die Abstrahlung 240 W/m² beträgt.

Bei diesem Szenario erhalten wir bei Verdoppelung der CO₂-Konzentration auf 560 ppm einen Strahlungsantrieb von -2 W/m² und eine kompensierende Temperaturerhöhung, also Sensitivität von 0,5°C.  

Außer dem Szenario der Verdoppelung der CO₂-Konzentration ist natürlich auch von Interesse, wo wir bezüglich des Treibhauseffekts heute stehen. Die aktuelle CO₂-Konzentration von 420 ppm ist gerade in der Mitte zwischen den vorindustriellen 280 ppm und deren doppeltem Wert.

In der 5. Zeile der Tabelle finden wir bei der Erhöhung von 280 ppm auf 420 ppm den Strahlungsantrieb von -1,1 W/m² und die zur Kompensation notwendige Temperaturerhöhung von 0,3°C.   Aufgrund dieses Resultats läßt sich also sagen, dass seit dem Beginn der Industrialisierung der bisherige Anstieg der CO₂-Konzentration für eine globale Temperaturerhöhung von 0,3°C verantwortlich war.

Das ist viel weniger als was wir an mittlerer Temperaturerhöhung messen.  Daher stellt sich die Frage, wie die „restliche“ Temperaturerhöhung zu erklären ist.

Es bieten sich mehrere Möglichkeiten an:

• Positive Rückkopplungseffekte, die die CO₂-bedingte Erwärmung verstärken. Das ist die Richtung des Weltklimarates und Thema des nächsten Kapitels.
• Andere Ursachen wie Sonnenstunden bzw. Wolkenalbedo. Das ist Thema des übernächsten Kapitels
• Zufällige Schwankungen. Gerne wird angesichts des chaotischen Charakters des Wettergeschehens der Zufall herangezogen.  Das wollen wir in dieser Abhandlung offen lassen.

4.    Positive Rückkopplungen führen zu  — katastrophalen?  — Konsequenzen

Die im vorigen Kapitel maximal mögliche Klimasensitivität, also Temperaturerhöhung bei Verdoppelung der CO₂-Konzentration beträgt 0,8°C, unter realen Bedingungen eher 0,5°C.

Es war schon früh klar, dass eine solch geringe Klima-Sensitivität niemanden in der Welt ernsthaft in Sorge versetzen könnte. Dazu kam, dass die gemessene globale Erwärmung größer ist als von der Strahlungstransportgleichung vorhergesagt.

Deswegen wurden Rückkopplungen ins Spiel gebracht, die prominenteste Veröffentlichung in diesem Zusammenhang war 1984 von James Hansen et al.: „Climate Sensitivity: Analysis of Feedback Mechanisms“ (Klima-Sensitivität: Analyse von Rückkopplungsmechanismen). James Hansen war es, der mit seinem Auftritt vor dem US-Senat 1988 die Klimapolitik der USA maßgeblich beeinflusste.

Mit Hilfe der Rückkopplungsmechanismen entstanden die vom IPCC veröffentlichten hohen Sensitivitäten bei Verdopplung der CO₂ Konzentration zwischen 1,5°C und 4,5°C.

Es stellt sich insbesondere die Frage, wie eine geringe Erwärmung von 0,8°C durch Rückkopplung zu einer Erwärmung von 4,5°C führen kann, ohne dass das System völlig außer Kontrolle gerät?

Die in diesem Zusammenhang mit Abstand wichtigste Rückkopplung ist die Wasserdampf Rückkopplung. Deswegen wollen wir diese hier genauer ansehen.

Wie funktioniert die Wasserdampf-Rückkopplung?

Die Wasserdampf-Rückkopplung besteht aus einem 2-Schritt Prozess:

• Wenn die Lufttemperatur um 1°C steigt, kann die Luft um 6% mehr Wasserdampf aufnehmen.  Üblicherweise wird ein Wert von 7% angegeben, aber die 7% sind erst ab einer Höhe von 8 km möglich, daher führen wir hier die Rechnung mit 6% durch, die Verwendung von 7% würde aber am Ergebnis wenig ändern.

Es ist zu beachten, dass dieser Prozentsatz der maximal mögliche Wasserdampfgehalt ist. Ob dieser wirklich erreicht wird, hängt davon ab, ob genügend Wasserdampf zur Verfügung steht.

• Der Strahlungstransport von Infrarotstrahlung hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit ab:
  Zusätzliche Luftfeuchtigkeit reduziert die abgestrahlte Infrarotstrahlung infolge der Absorption durch den zusätzlichen Wasserdampf.

Die reduzierte Infrarotstrahlung ist ein negativer Strahlungsantrieb. Die diese Abschwächung kompensierende Temperaturerhöhung ist die gesuchte primäre Rückkopplung g (englisch „gain“). Diese muß zwingend kleiner als 1 sein, damit es nicht zu einem sog. Kipppunkt kommt, bei dem das System instabil wird.

Die Gesamtrückkopplung f (englisch „feedback“) ergibt sich als geometrische Reihe infolge der rekursiven Anwendung des obigen Mechanismus:

f = 1+ g + g2 + g3… = 1/(1-g).   

Dieser Zusammenhang wird von James Hansen in seiner Arbeit von 1984 beschrieben. Eine Gesamtrückkopplung von z.B. f=4, die aus einem Treibhauseffekt von 0,8°C eine Erwärmung von 3,2°C bewirkt, würde aus einer primären Rückkopplung von g=0,75 entstehen.

Zur Berechnung der primären Rückkopplung fehlt noch die Berechnung des Strahlungstransports aufgrund der veränderten Luftfeuchtigkeit.

Bestimmung  des Strahlungstransports aus Änderungen der Luftfeuchtigkeit

Um die Abhängigkeit des Strahlungstransports von der Luftfeuchtigkeit zu bestimmen, ziehen wir wieder das MODTRAN Simulationsprogramm heran, und zwar unter Bedingungen, die einerseits den heutigen möglichst nahe kommen, die andererseits Veränderungen der relativen Luftfeuchtigkeit („Water Vapor Scale“) nach oben und nach unten erlauben. Das wird hier mit der Einstellung Water Vapor Scale = 0,8 erreicht, also relative Luftfeuchtigkeit 80%.  Dies bewirkt bei einer Bodentemperatur von 15°C eine Abstrahlung von etwa 245 W/m².

      Abbildung 10 Simulation des Ausgangszustandes zur Messung des Strahlungsantriebs bei
     Änderung der Luftfeuchtigkeit

Bei einer Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit um 6% auf 86% reduziert sich die Infrarot-Abstrahlung um 0,69 W/m² (Abb. 11). Dieser Strahlungsantrieb wird durch eine Temperaturerhöhung von 0,185°C kompensiert (Abb. 11a):

  Abbildung 11  Strahlungsantrieb bei 6%                      Abbildung 11a  Temperatur zum Ausgleich
  Erhöhung der Luftfeuchtigkeit                                       des Strahlungsantriebs von Abb. 11

Wer glaubt, dass andere initiale Einstellungen zu wesentlich verschiedenen Ergebnissen führen, mag dies mit dem öffentlich verfügbaren Simulationsprogramm selbst versuchen.  

Zusammenfassend ergibt sich also aus der ursprünglichen Temperaturerhöhung um 1°C eine Erhöhung der Aufnahmemöglichkeit für Wasserdampf um 6%.  Findet diese Möglichkeit tatsächlich statt, dann führt das zu einer Temperaturerhöhung von etwa 0,19°C. Die initiale Rückkopplung ist also g=0,19.  Aufgrund der Rekursion ergibt sich daraus eine maximale Gesamtrückkopplung von f= 1/(1-0,19) = 1,23. 

Legen wir einen Treibhauseffekt aus dem Strahlungstransport von 0,8°C zugrunde, dann wird daraus zusammen mit der maximal möglichen Rückkopplung eine Temperaturerhöhung von
0,8°C * 1,23 = 0.984 °C  1°C, bei der hier ermittelten Sensitivität 0,5°C * 1,23 = 0,62 °C.  

Diese Werte sind niedriger als die kleinste Sensitivität von 1,5°C der beim IPCC verwendeten Modelle.

Die seit dem Beginn der Industrialisierung erfolgte Erwärmung ist demnach selbst mit Rückkopplung 0,3°C * 1,23 = 0,37°C, also deutlich kleiner als 0,5°C.

Damit ist belegt, dass auch die vielfach beschworene Wasserdampf Rückkopplung zu keiner exorbitanten und schon gar keiner katastrophalen Klima-Erwärmung führt.

5.    Aber sie erwärmt sich doch? – Auswirkungen von Sonnenstunden und Wolken.

An dieser Stelle aufzuhören, wird jeden, der sich mit dem Klimathema etwas beschäftigt hat, mit der naheliegenden Frage unzufrieden zurücklassen: „Aber die Erde erwärmt sich doch, und zwar stärker, als die nach dem revidierten Treibhauseffekt samt Rückkopplung möglich wäre?“.

Deswegen gehen wir auf die in der Klimadiskussion bis vor kurzem wenig beachteten Auswirkungen der Zahl der Sonnenstunden und der damit verbundenen Wolkenbildung ein.

Untersuchung der Sonnenstunden in Deutschland

Für die Zahl der Sonnenstunden stehen mir aktuell keine weltweiten Daten zur Verfügung, deswegen beschränke ich mich mit einer auf Deutschland begrenzten Berechnung.

Der deutsche Wetterdienst liefert nämlich nicht nur gemessene Temperaturen, sondern auch die Zahl der Sonnenstunden.

Die folgende simple Auswertung des Deutschen Wetterdienstes zeigt, dass sich seit über 70 Jahren die Zahl der Sonnenstunden pro Jahrzehnt um etwa 1,5% erhöht
 ((168,5/7,2)/1554 = 0.015)

Das ist fast 20 mal größer als die relative Zunahme des CO₂-Strahlungsantriebs in 10 Jahren von (0,2 W/m²)/(240 W/m²) = 0.08%.

   Abbildung 12 Sonnenstunden von 1951-2023

Es stellt sich natürlich die Frage nach der Ursache der Veränderung der Sonnenstunden.

Dazu schreibt das Landesamt für Natur, Umwelt und Naturschutz in Nordrhein-Westfalen: „Die 1950er- bis 1980er-Jahre spiegeln den Zeitraum der “globalen Verdunkelung“ wider, in dem durch eine hohe Luftschadstoffbelastung die Intensität des Tageslichts bzw. der Sonneneinstrahlung reduziert war. Seit den 1980ern hat sich durch eine verstärkte Filterung von Abgasen und Schadstoffen aus der Luft die „globale Verdunkelung“ reduziert, was auch im Anstieg der Sonnenscheinstunden abzulesen ist.“

Dieser Zusammenhang lässt sich ebenso weltweit in verschiedenen Regionen nachweisen

Bei einer von mir selbst vorgenommenen statistischen Analyse habe ich die beiden möglichen Einflussfaktoren

• Breitengradgewichtete Sonnenstunden
• CO₂-Konzentration

auf die mittlere monatliche Temperatur der letzten 65 Jahre überprüft:

Abbildung 13 Monatl. Temperaturverlauf in Deutschland und Modellierung mit Sonneneinstrahlung

Das erstaunliche Ergebnis war, dass mit der durch Sonnenstunden angenäherten Sonneneinstrahlung über 90% der gesamten Temperaturänderungen, einschließlich des wachsenden langjährigen Trends, erklärt werden konnten, aber die CO₂-Konzentration musste als nicht statistisch signifikante Erklärung ausgeschlossen werden.

Untersuchung der Veränderungen der weltweiten Wolkenbedeckung

Jay R Herman von der NASA hat mit Hilfe von Satellitenmessungen über einen Zeitraum von über 30 Jahren die mittlere Reflexivität der Wolkenbedeckung der Erde berechnet und ausgewertet:

Abbildung 14 Wolkenreflexivität zwischen 1979 und 2011

Er stellte einen klaren Trend der Abnahme der Wolkenbedeckung fest. Daraus berechnete er,

wie sich dies auf die davon betroffenen Komponenten des globalen Energiebudgets auswirkt:  

Abbildung 15 Veränderung des Energiebudgets aufgrund der Veränderung der Wolkenreflexivität

Das Ergebnis war, dass aufgrund der reduzierten Wolkenbedeckung die Sonneneinstrahlung in 33 Jahren um 2,33 W/m² zunahm. Das sind 0,7 W/m² Strahlungsantrieb pro Jahrzehnt.

Demgegenüber betrug die Abnahme der Abstrahlung infolge der Zunahme der CO₂-Konzentration maximal 0,2 W/m² pro Jahrzehnt.

Demzufolge ist nach dieser Untersuchung der Einfluss der Wolken mit 78% auf das Klima mindestens 3,5 mal größer als der des CO₂, das demnach allenfalls einen Einfluss von 22% hat.  

 

Fazit – es gibt keine drohende Klimakatastrophe

Fassen wir die Stationen dieser Betrachtungen zur Dekonstruktion des Klimanarrativs noch einmal zusammen:

1. Es gibt kein exponentielles Wachstum der CO₂-Emissionen. Diese Phase gab es mal, aber die ist längst vorbei, und die weltweiten Emissionen sind seit 10 Jahren auf einem Plateau.
2. Die CO₂-Konzentration wächst zwar trotz konstanter Emissionen noch an, aber deren Wachstum hat sich bereits verlangsamt, und wird in der 2. Hälfte des Jahrhunderts aufhören
3. Die physikalisch plausible Treibhauswirkung des CO₂ ist sehr viel geringer als gewöhnlich behauptet wird, die begründbare Sensitivität ist nur 0,5°C
4. Aus der Abschätzung der maximal möglichen Rückkopplungswirkung durch Wasserdampf ergibt sich eine obere Grenze des Rückkopplungsfaktors von 1,25. Damit lassen sich keine Temperaturerhöhungen von 3°C oder mehr rechtfertigen
5. Es gibt plausible einfache Erklärungen der Temperaturentwicklung der Erde. Die wichtigste davon ist, dass infolge der verschiedenen Maßnahmen der Luftreinhaltung (Reduzierung von Holz- und Kohleverbrennung, Katalysatoren bei Automobilen, etc.) die Aerosole in der Atmosphäre im Laufe der letzten 70 Jahre zurückgegangen ist, was zu einer Verminderung der Wolkenbildung und daher zu einer Erhöhung der Sonneneinstrahlung führte.