Wetter und Klima

Globales Klima



Globales Klima

Ein maßgeblicher Teil des globalen Klimawandels seit Beginn des industriellen Zeitalters ist auf die verschiedenen anthropogenen Aktivitäten zurückzuführen, deren Wirkung den Strahlungshaushalt des Planeten verändert hat. Dies verändert über eine komplizierte Wirkungskette zunehmend eine Vielzahl von relevanten Klimaparametern (Temperatur, Niederschlag, Eisbedeckung usw.).  Von den vielen verschiedenen Verursachern wie Industrie, Privathaushalte, Verkehr oder Landwirtschaft befasst sich das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre vor allem mit der Wirkung von Emissionen der verschiedenen Verkehrssektoren: Luft-, Straßen- und Schiffsverkehr. Im Verkehrsbereich ist Kohlendioxid nur eine von mehreren Einflusskomponenten, teilweise sind andere Komponenten wie Methan, Stickoxide (über Ozon), Aerosole oder Wolken (über Aerosole oder auch direkt in Form von Kondensstreifen) von ähnlich großer Bedeutung.  Die Effekte müssen nicht nur in ihrer Gesamtheit sondern auch als Einzelkomponenten verlässlich quantifiziert werden, insbesondere wenn Möglichkeiten zur Reduzierung der Klimawirkung zu bewerten sind  und wenn sich dabei Einzeleffekte teilweise kompensieren. Beispielsweise können Kondensstreifen durch niedrigeres Fliegen, oder durch Umfliegen bestimmter atmosphärischer Regionen vermieden werden, auf Kosten eines höheren Treibstoffverbrauches.

Der geeignetste Parameter zum quantitativen Vergleich verschiedener Einflusskomponenten ist der Strahlungsantrieb, der Einfluss einer Störung auf die Strahlungsbilanz am oberen Rand der Troposphäre. Er ist relativ einfach bestimmbar und steht in enger Beziehung zu der zu erwartenden Temperaturänderung am Boden. Im Falle von Veränderungen der Konzentration gut durchmischter Treibhausgase (wie Kohlendioxid, Methan oder Lachgas) ist der Reaktion der global gemittelten Bodentemperatur proportional zum Betrag des global gemittelten Strahlungsantriebes, und der Proportionalitätsfaktor ist von Gas zu Gas nicht wesentlich verschieden (konstante Klimasensitivität). Bei Störungen der Strahlungsbilanz mit einer ausgeprägten räumlichen Inhomogenität (einer charakteristischen Eigenschaft der durch Verkehrsemissionen hervorgerufenen Ozon- und Aerosoländerungen) kann die Klimasensitivität aber vom Normalwert  signifikant abweichen. Für Kondensstreifen könnte nach unseren Untersuchungen die Klimasensitivität fast 50% geringer sein als für einen äquivalenten Strahlungsantrieb durch CO2-Erhöhung.

Um Unterschiede in der Klimasensitivität zwischen unterschiedlichen Wirkungskomponenten verstehen zu können, müssen die im Modell enthaltenen Rückkopplungsprozesse analysiert werden. Sie müssen in dem verwendeten Modell auch so richtig und vollständig wie möglich erfasst sein. Manche im realen Klimasystem wirkenden Rückkopplungen, z.B. über Ozon, können erst seit kurzer Zeit in Modellen berechnet werden.

Zeitlich (übers Jahr) und räumlich (über die geographische Breite) gemittelte Änderung des Ozonmischungsverhältnisses in der Atmosphäre als Resultat einer CO2-Verdoppelung, in Prozent der entsprechenden Verteilung im ungestörten Klima. Das Ergebnis ist aus entsprechenden Simulationen mit dem EMAC-Klimamodell gewonnen. Die schwarze Linie markiert die Tropopause.Die Abbildung zeigt, wie sich in Folge einer durch CO2-Verdopplung ausgelösten globalen Erwärmung die Ozonverteilung in verschiedenen Höhen und geographischen Breiten verändert, was mit einer in früheren Modellsystemen (ohne interaktive Atmosphärenchemie) nicht enthaltenen Strahlungsrückkopplung verbunden ist. Dargestellt ist die zeitlich (übers Jahr) und räumlich (über die geographische Breite) gemittelte Änderung des Ozonmischungsverhältnisses in der Atmosphäre als Resultat einer CO2-Verdoppelung, in Prozent der entsprechenden Verteilung im ungestörten Klima. Das Ergebnis wurde aus entsprechenden Simulationen mit dem EMAC-Klimamodell gewonnen. Die schwarze Linie markiert die Tropopause.


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