{"id":7683,"date":"2023-03-27T10:09:46","date_gmt":"2023-03-27T09:09:46","guid":{"rendered":"http:\/\/klima-fakten.net\/?page_id=7683"},"modified":"2023-04-27T08:24:56","modified_gmt":"2023-04-27T07:24:56","slug":"emissionen-und-co2-konzentration-ein-evidenzbasierter-ansatz","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/klima-fakten.net\/?page_id=7683","title":{"rendered":"Emissionen und CO2-Konzentration — Ein evidenzbasierter Ansatz"},"content":{"rendered":"
\"image_print\"<\/a><\/div>\n\n\n
Eine neue Sichtweise auf das Problem<\/h5>\n\n\n\n

Die Klimawissenschaft befasst sich in der Regel mit der Frage „Wie viel CO2<\/sub> verbleibt in der Atmosph\u00e4re?“, angesichts der anthropogenen Emissionen und der begrenzten F\u00e4higkeit der Ozeane und der Biosph\u00e4re, die \u00fcbersch\u00fcssige CO2<\/sub> Konzentration aufzunehmen. Dies hat zu Schlussfolgerungen der Art gef\u00fchrt, dass ein bestimmter zunehmender Anteil der anthropogenen Emissionen werden f\u00fcr immer in der Atmosph\u00e4re verbleibt.<\/p>\n\n\n\n

Wir \u00e4ndern den Fokus der Aufmerksamkeit, indem wir die logisch \u00e4quivalente Frage „Wie viel CO2<\/sub> verbleibt nicht in der Atmosph\u00e4re?“ stellen. Warum ist das so anders? Die Menge an CO2<\/sub> , die nicht in der Atmosph\u00e4re verbleibt, kann anhand direkter Messungen berechnet werden. Wir m\u00fcssen nicht jeden einzelnen Absorptionsmechanismus aus der Atmosph\u00e4re in die Ozeane oder Pflanzen analysieren. Aus den bekannten globalen Konzentrations\u00e4nderungen und den bekannten globalen Emissionen k\u00f6nnen wir die Summe der tats\u00e4chlichen j\u00e4hrlichen Absorption gut absch\u00e4tzen. Diese sind mit der CO2 <\/sub>-Konzentration verbunden, was die Leithypothese eines linearen Absorptionsmodells begr\u00fcndet. Es stellt sich heraus, dass wir die tats\u00e4chlichen Koeffizienten der einzelnen Absorptionsmechanismen nicht zu kennen brauchen – es reicht aus, ihre lineare Abh\u00e4ngigkeit von der aktuellen CO2<\/sub> Konzentration anzunehmen.<\/p>\n\n\n\n

Dies ist eine Zusammenfassung eines k\u00fcrzlich ver\u00f6ffentlichten Artikels<\/a>, in dem alle Aussagen detailliert abgeleitet und mit Referenzen und einem mathematischen Modell untermauert werden. Im Unterschied zu dem Artikel wird in dieser Kurzfassung der Einflu\u00df der mit gro\u00dfen Unsicherheiten behafteten Emissionen aufgrund von Landnutzungs\u00e4nderung weggelassen, weil <\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. es legitim ist, die ohnehin mit gro\u00dfen Unsicherheiten behafteten Landnutzungsemissionen den unbekannten nat\u00fcrlichen Emissionen zuzuschlagen<\/li>\n\n\n\n
  2. sich der statistische Fehler des Ergebnisses bei Weglassen der aufgrund der Unsicherheit ziemlich willk\u00fcrlichen Landnutzungs\u00e4nderung verringert, was zu h\u00f6herer Prognosequalit\u00e4t f\u00fchrt. <\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
    Massenerhaltung von CO2<\/sub><\/h5>\n\n\n\n

    Wie bei der Jahresbilanz eines Bankkontos ergibt sich die atmosph\u00e4rische CO2<\/sub>-Bilanz aus den Gesamtemissionen abz\u00fcglich der Gesamtabsorption:<\/p>\n\n\n\n

    Konzentrationswachstum = Emissionen – Absorptionen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Damit diese Gleichung korrekt ist, m\u00fcssen alle Gr\u00f6\u00dfen in derselben Ma\u00dfeinheit gemessen werden. Hier verwenden wir ppm („part per Million“, 1 ppm = 7,78 Gt CO2 ). Der j\u00e4hrliche Anstieg im Jahre i der CO2<\/sub>-Konzentration \"C_{i} - C_{i-1}\" (blau) w\u00e4chst im Schnitt langsamer die gesamten anthropogenen Emissionen \"E_i\" (grau), was bedeutet, dass die daraus berechnete Netto Absorption \"A_i\" (gr\u00fcn) mit der steigenden CO2<\/sub>-Konzentration tendenziell zunimmt:

      <\/span>   <\/span>\"\[A_i = E_i - (C_{i} - C_{i-1})\]\"<\/p> F\u00fcr die bessere Erkennbarkeit werden die Absorptionen mit negativem Vorzeichen dargestellt: <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Wichtig ist hierbei zu bemerken, dass alle nat\u00fcrlichen Emissionen und Absorptionen, die innerhalb der Messintervalle (hier je 1 Jahr) geschehen und sich ausmitteln, „unsichtbar“ sind. <\/p>\n\n\n\n

    Die Annahme einer ann\u00e4hernden Linearit\u00e4t der relevanten Absorptionsprozesse<\/h5>\n\n\n\n

    Dies wird durch ein Streudiagramm veranschaulicht, das die effektive CO2<\/sub>-Absorption mit der CO2<\/sub>-Konzentration in Beziehung setzt. Physikalischer Hintergrund dieser Darstellung ist, dass alle Diffusions- und Absorptionsprozesse mit der Konzentration linear skalieren, ebenso die Aufnahme von CO2<\/sub> bei der Photosynthese (C4<\/sub>-Pflanzen haben ein Plateau mit geringem aber trotzdem linearen Anstieg im Konzentrationsbereich 280..600 ppm). <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Es legt eine langfristige lineare Abh\u00e4ngigkeit der effektiven Absorption von der atmosph\u00e4rischen CO2<\/sub>-Konzentration mit erheblichen kurzfristigen Abweichungen (Vulkane, el Nino etc.) nahe, wobei die effektive Null-Absorptionslinie bei ca. 280 ppm geschnitten wird. Dies wird als die vorindustrielle CO2<\/sub>-Gleichgewichtskonzentration \"C_0\" angesehen, bei der die nat\u00fcrlichen j\u00e4hrlichen Emissionen durch die j\u00e4hrlichen Absorptionen ausgeglichen sind. Die durchschnittliche j\u00e4hrliche Absorption betr\u00e4gt etwa 2 % der CO2<\/sub>-Konzentration, die 280 ppm \u00fcberschreitet. Das Modell der Absorption im Jahre i ist also

      <\/span>   <\/span>\"\[A_i = a\cdot(C_{i-1}-C_0)\]\"<\/p> mit der Logik, dass die aktuellen Ver\u00e4nderungen sich aus dem Zustand des Vorjahres brechnen. Die Modellparameter werden aus den Messdaten mit dem Verfahren kleinster Quadrate bestimmt: <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n
    CO2<\/sub> Konzentration als Proxy f\u00fcr die Temperatur<\/h5>\n\n\n\n

    Wenn wir Vorhersagen mit hypothetischen zuk\u00fcnftigen CO2<\/sub>-Emissionen machen, kennen wir die zuk\u00fcnftigen Temperaturen nicht. Ohne in die problematische Diskussion dar\u00fcber einzutauchen, wie stark der Einfluss der CO2<\/sub>-Konzentration auf die Temperatur ist, nehmen wir hypothetisch den Fall einer vollst\u00e4ndigen Vorhersagbarkeit der Temperatur als Auswirkung der CO2<\/sub>-Konzentration an. Dies ist kein „Glaubensbekenntnis“ in eine bestimmte Richtung, sondern eine pragmatische Arbeitshypothese, um nicht vom Kernthema durch eine an dieser Stelle unangebrachten Diskussion abzulenken. <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Ohne Annahmen \u00fcber die C->T-Kausalit\u00e4t zu machen, wird die gesch\u00e4tzte funktionale Abh\u00e4ngigkeit des Temperatur aus der Regression mit der CO2<\/sub>-Konzentration C wie folgt ermittelt: <\/p>\n\n\n\n

    Tproxy <\/sub> = -16,0 + 2,77*ln(C) = 2,77* ln(C\/(323ppm))<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Dies entspricht einer Sensitivit\u00e4t von 2,77*ln(2) \u00b0C = 1,92\u00b0 C bei Verdoppelung der CO2<\/sub>-Konzentration.<\/p>\n\n\n\n

    Modell-Validierung<\/h5>\n\n\n\n

    Das Modell mit konstantem Absorptionsparameter von knapp 2% und konstanten nat\u00fcrlichen Emissionen wird aufgrund statistischer Pr\u00fcfung als das zuverl\u00e4ssigste ausgew\u00e4hlt auf der Grundlage von Emissionsdaten und Konzentrationsdaten von 1950 bis 2000. <\/p>\n\n\n\n

    Die CO2<\/sub> Konzentrationen zwischen 2000 und 2020 werden vom Modell und den Emissionsdaten 2000-2020 vorhergesagt: <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Dies ist eine hervorragende Vorhersage der Konzentrationen auf der Grundlage der Emissionen und der oben genannten Modellannahmen. Es gibt nur geringe Abweichungen zwischen den Vorhersagen und den tats\u00e4chlichen Daten. Obwohl das Modell mit funktional unterschiedlichen zeit- und temperaturabh\u00e4ngigen Absorptionverl\u00e4ufen gepr\u00fcft wurde<\/a>, f\u00fchren die Daten der letzten 70 Jahre, d.h. des Zeitraums, in dem die meisten anthropogenen CO2<\/sub> -Emissionen stattfanden, zu der Schlussfolgerung, dass der CO2<\/sub> -Absorptionsparameter keine signifikante temperatur- oder sonstige zeitabh\u00e4ngige Komponente aufweist und ein aktueller CO2<\/sub> -Emissionsimpuls mit einer Halbwertszeit von 35-42 Jahren absorbiert wird.<\/p>\n\n\n\n

    Zuk\u00fcnftiges Emissionsszenario<\/h5>\n\n\n\n

    Das wahrscheinlichste zuk\u00fcnftige Emissionsszenario ist das Emissionsszenario der internationalen Energieagentur (IEA) mit ann\u00e4hernd konstanten, leicht sinkenden globalen Emissionen. Der tats\u00e4chlich verwendete Datensatz f\u00fcr eine realistische Zukunftsprojektion (\u201estated policies\u201c) wird durch eine Trendextrapolation \u00fcber das Jahr 2050 hinaus erweitert. Die Emissionen werden im Jahr 2100 nicht auf Null reduziert werden, sondern \u00e4hnlich dem Wert von 2005 sein.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n
    Vorhersage der k\u00fcnftigen CO2<\/sub> Konzentration<\/h5>\n\n\n\n

    Aus diesem realistischen Emissionsszenario wird die zuk\u00fcnftige CO2<\/sub>-Konzentration mit unserem Modell rekursiv vorhergesagt:

      <\/span>   <\/span>\"\[C_i = C_{i-1} + E_i - a\cdot (C_{i-1} - C_0)\]\"<\/p><\/p>\n\n\n\n

    Mit dem von der IEA angegebenen Szenario der „erkl\u00e4rten Ma\u00dfnahmen“, d.h. Fortschreibung der heutigen Gesetzgebung, wird in der zweiten H\u00e4lfte dieses Jahrhunderts ein Gleichgewicht der CO2<\/sub>-Konzentration von ca. 475 ppm erreicht werden.  Auf der Grundlage der obigen empirischen CO2<\/sub>-Temperaturproxy-Gleichung entspricht dieser Anstieg der CO2<\/sub>-Konzentration von 410 ppm (im Jahr 2020) auf 475 ppm einem Temperaturanstieg von 0,4\u00b0C ab 2020 bzw. 1,4\u00b0C ab 1850.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Daraus folgt, dass wir in der zweiten H\u00e4lfte dieses Jahrhunderts eine maximale CO2<\/sub>-Konzentration von etwa 475 ppm erwarten k\u00f6nnen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Emissionen durch die Absorption vollst\u00e4ndig ausgeglichen sein, was per Definition die „Netto-Null-Situation“ darstellt.<\/p>\n\n\n\n

    Ganz offensichtlich besitzt diese Kurve einen Wendepunkt, also einen Punkt mit maximalem Konzentrationsanstieg. Mit blo\u00dfem Auge ist nicht erkennbar, ob der in der nahen Zukunft sein muss oder bereits in der Vergangenheit. Eine Analyse der Konzentrationsdaten bis Ende 2022 ergibt, dass das Maximum der Steigung und damit der Wendepunkt der Konzentration bereits im Jahre 2016 gewesen war, eine sehr sch\u00f6ne Best\u00e4tigung des vorgestellten Konzepts:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Geht man von dem unwahrscheinlichen hypothetischen Fall aus, dass die CO2<\/sub>-Konzentration f\u00fcr alle globalen Temperaturver\u00e4nderungen verantwortlich ist, so betr\u00e4gt der mittels obiger Proxy-Gleichung ermittelte maximale erwartete Anstieg der globalen Temperatur, der durch den erwarteten Anstieg der CO2<\/sub>-Konzentration verursacht wird, 0,4\u00b0 C ab jetzt oder 1,4\u00b0C ab Beginn der Industrialisierung.<\/p>\n\n\n\n

    Wenn wir also mit den derzeitigen CO2<\/sub> -Emissionen und einer Effizienzsteigerung von 3 % pro Jahrzehnt weiterleben, ist das optimistische Pariser Klimaziel von 1,5\u00b0 bei Netto Null erf\u00fcllt.<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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