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Aufsätze von Prof. Horst Malberg
Beiträge des Instituts für Meteorologie
der Freien Universität Berlin zur Berliner Wetterkarte
Herausgegeben vom Verein BERLINER WETTERKARTE e.V.
c/o Carl-Heinrich-Becker-Weg 6-10, 12165 Berlin
http://www.Berliner-Wetterkarte.de

Teil 1:



Über den dominierenden solaren Einfluss auf den Klimawandel seit 1701
300–jährige Klimadiagnose kontra Treibhausdebatte
 Horst Malberg, Univ.-Prof. (a.D.) für Meteorologie und Klimatologie

Der UN–Klimabericht 2007 (IPCC, 2007) über einen anthropogen verursachten Klimawandel hat in Wissenschaft, Politik, Medien und Öffentlichkeit intensive Reaktionen ausgelöst. In der zum Teil emotional bis ideologisch geführten Diskussion vermischen sich dabei aus meteorologischer Sicht nicht selten Dichtung und Wahrheit. Reine Szenarienrechnungen  werden in unzulässiger Weise wie Prognosen interpretiert und dramatisiert. Völlig unhaltbar wird es in der Klimadebatte, wenn singuläre Wetter- und Witterungsereignisse, also kurzfristige und regionale Launen der Natur, als Indiz oder Beweis für die Auswirkungen einer anthropogen verursachten globalen Erwärmung dargestellt werden.

Wer sich jemals mit den Wetteraufzeichnungen vergangener Jahrtausende befasst hat, der weiß, dass Extremwetterlagen zu allen Klimaepochen und in allen Klimazonen aufgetreten sind. Kein Jahrhundert blieb verschont vor extremer Wärme oder Kälte, vor Starkregen, Überschwemmungen und Dürreperioden, vor Schneemassen, Orkanen und Sturmfluten (Hennig, 1904). Erst eine über mehrere 30-jährige Klimaperioden signifikante Häufigkeitsänderung von Extremereignissen kann mit einer nachhaltigen Veränderung der atmosphärischen Zirkulation in Verbindung gebracht werden. Wenn z.B. der milde Winter 2006/07 in Mitteleuropa als Indiz für die globale Erwärmung dargestellt wird, dann müssen die gleichzeitige Kälte und  Schneemassen im Nordosten der USA und der kalte, schneereiche Winter 2005/06 in Mitteleuropa wohl ein Indiz für die nächste Eiszeit sein.

Zwar spektakulär, aber synoptisch falsch ist es, eine Zunahme oder Intensivierung von Orkantiefs in unseren Breiten mit dem anthropogenen Treibhauseinfluss zu begründen. Orkantiefs entstehen nur im Winter. Nur dann ist als Folge der Polarnacht die Polarregion extrem kalt und der Temperaturunterschied zwischen Subtropen und Polarregion mit mehr als 40 K groß genug für die Bildung von Orkantiefs. Im Sommer ist die Polarregion als Folge des Polartags relativ warm. Der meridionale Temperaturunterschied ist nur halb so groß wie im Winter, so dass in der warmen Jahreszeit keine außertropischen Orkantiefs entstehen. Orkane zeigen somit an, dass die Polarluft in ihrem Entstehungsbereich  sehr kalt ist.

Nach der Treibhaustheorie soll sich die Polarregion doppelt so stark erwärmen wie die Subtropen, d.h. durch den anthropogenen Treibhauseffekt würde der meridionale Temperaturgradient schwächer. Die Voraussetzung für die Orkanbildung müsste schlechter statt besser werden.

Erstaunlich ist aus synoptischer Sicht auch die Aussage, die Hochwasserwahrscheinlichkeit werde sich in naher Zukunft bei uns verzehnfachen, da durch die globale Erwärmung die Niederschläge im Gebirge vermehrt als Regen fallen und weniger als Schnee gespeichert werden. Zum einen ist eine Klimaprognose über die Häufigkeit stationärer zyklonaler Wetterlagen über den Quellregionen der Flüsse völlig utopisch. Zum anderen würde logischerweise eine verringerte winterliche Schneeansammlung im Gebirge sogar die Hochwasserwahrscheinlichkeit bei der Schneeschmelze zurück gehen lassen.

Auch der beobachtete Rückgang der Alpengletscher kann nicht mit der Erwärmung Mitteleuropas von 1°C (K) seit 1850 erklärt werden, denn eine Temperaturzunahme von 1°C hat nur eine Höhenverschiebung der Schneefallgrenze um 150 m zur Folge, nicht aber das Abschmelzen der hochgelegenen Gletscher. Der Rückzug der Gletscher lässt sich nur strahlungsphysikalisch erklären. Industrialisierung und Urbanisierung haben über lange Zeit durch Staub- und Russ-Emission zu einer Verschmutzung der Gletscher geführt. Die Folge war eine Abnahme ihres Reflexions- bzw. eine Zunahme ihres Absorptionsvermögens. Verstärkt wurde dieser Strahlungsprozess noch durch zwei weitere Effekte. So führten einerseits die Luftreinhaltemaßnahmen der letzten Jahrzehnte zu einer verringerten Schwächung der Sonnenstrahlung in der klareren Luft, so dass mehr Strahlungsenergie am Gletscher ankommt. Diese Erklärung hat nach Medienberichten die NASA aufgrund von Satellitenmessungen auch für das Verhalten der grönländischen Gletscher gegeben.  Zum anderen, wie noch gezeigt wird, ist es seit 1850 zu einer Erhöhung des solaren Energieflusses, der „Solarkonstanten“, gekommen. Wie der o. g. Strahlungseffekt wirkt, lässt sich im Winter leicht an Hausdächern mit einer Süd- und einer Nordseite erkennen. Bei Temperaturen unter Null Grad Celsius schmilzt der Schnee auf der Südseite, während er auf der Nordseite liegen bleibt. Entsprechend ist die klimatische Schneegrenze auf der Alpensüdseite 200 m höher als auf der Alpennordseite.

Das „stabile“ Klima

Auch in Bezug auf das Klimaverhalten selber gibt es grundsätzliche Missverständnisse. So wird in der Klimadiskussion z. T. der Eindruck erweckt, als habe es vor 150 Jahren, also zu Beginn der globalen Klimareihe, ein stabiles und optimales Klima gegeben und als sei ein Klimawandel ein anomaler Vorgang. Genau das Gegenteil ist der Fall. Zum einen war es vor 150 Jahren so kalt in Mitteleuropa, waren die Ernten so miserabel, dass Menschen verhungert (!) sind. Zum anderen ist die Vorstellung absurd, das Klimaverhalten der letzten Jahrhunderte ließe sich durch einen Hockeyschläger beschreiben: vor 1850 gleich bleibende Temperaturen und danach steiler Temperaturanstieg.

Nicht nur in den vergangenen ein bis zwei Millionen Jahren mit dem mehrfachen Wechsel von Kalt-/Eis- und Warmzeiten, auch in der jüngeren Vergangenheit hat sich das Klima ständig verändert. So  folgte nach dem Wärmemaximum um 1200 n. Chr., dem mittelalterlichen Klimaoptimum (warm = optimal) bis etwa 1700 die mittelalterliche Kleine Eiszeit. Ist man für diesen Zeitraum noch auf indirekte Klimadaten (Proxidaten) angewiesen, so ist  die Klimaentwicklung in Mitteleuropa ab 1701 durch Messdaten dokumentiert.

Abb. 1 zeigt das Temperaturverhalten von Mitteleuropa auf der Grundlage 30-jährig gleitender Mittelwerte. Die Linie der Durchschnittstemperatur (8,8°C) lässt erkennen, in welchen Perioden es wärmer und in welchen es kälter war als im langfristigen Mittel. Wie der Temperaturverlauf deutlich macht, ist der ständige Klimawandel von Natur aus auch auf kürzeren Zeitskalen das Normale. Mathematisch gesehen lässt sich der grundsätzliche Klimaverlauf durch eine Funktion F = T(t) beschreiben, deren erste zeitliche Ableitung F`=  T`(t) das Ausmaß der Klimaänderung zu jedem Zeitpunkt beschreibt.

Globaler Klimawandel und Treibhauseffekt

Abb. 2 zeigt die globale Temperaturentwicklung seit Beginn der globalen Beobachtungsreihe (Brohan et al., 2005) anhand 10-jähriger Mittelwerte. Die globale Erwärmung von 1850 bis 2000 beträgt rund 0,6°C (K) und ist unstrittig. Anders ist es bei der Frage nach der primären Ursache des Temperaturanstiegs. Hier zerfällt die Wissenschaft in zwei Lager, und zwar in das große Lager der Treibhaustheoretiker und in eine kleine Gruppe der Treibhausskeptiker. Demokratisch gesehen ist das scheinbar eine klare Angelegenheit.

Beim atmosphärischen Treibhauseffekt handelt es sich um das Verhalten der Luft gegenüber der infraroten (langwelligen) Wärmeausstrahlung der Erde. Die Treibhausgase haben die Eigenschaft, bestimmte Spektralbereiche der terrestrischen Wärmestrahlung zu absorbieren, so dass ein Teil der Wärmeenergie nicht in den Weltraum geht, sondern im System Erde – Atmosphäre bleibt. Das wichtigste Treibhausgas ist der Wasserdampf. Er macht allein mehr als 60% des natürlichen Treibhauseffekts aus. Weitere Treibhausgase sind vor allem Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid. 

Durch die Industrialisierung seit der Mitte des 19. Jahrhunderts und infolge einer rasant angewachsenen Weltbevölkerung erhöht der Mensch die Konzentration der Treibhausgase in der Luft. So hat sich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) in den letzten 150 Jahren der CO2 -Gehalt von 280 ppm (parts per millon) auf 380 ppm, also um rund 35%, erhöht. Ferner haben die intensive Bearbeitung (Düngung) und die Ausdehnung der landwirtschaftlich genutzten Flächen (u. a. der Reisanbaugebiete) sowie die millionenfache Rinder- und Schafhaltung (Wiederkäuer) zu einer Zunahme von Distickstoffoxid und Methan in der Luft geführt. Auch dieser Sachverhalt ist unstrittig. Umstritten ist dagegen, welche Auswirkung die Zunahme der Treibhausgase auf das globale und regionale Klima hat.

Für die vielen Treibhaustheoretiker ist der anthropogene Treibhauseinfluss die primäre Ursache der globalen und regionalen Erwärmung. Die natürlichen Klimaprozesse sollen ihrer Meinung nach nur noch eine untergeordnete Rolle beim Klimawandel spielen. Basierend auf dieser Prämisse und den Hypothesen über das zukünftige Niveau der Treibhausgase fällt die von den Klimamodellen berechnete Erwärmung für die nächsten 100 Jahre je nach Szenario von moderaten 1,5 - 2°C (K) bis zu apokalyptischen globalen Werten von mehr als 6°C (K) aus. Die Eintreffwahrscheinlichkeit der Modellergebnisse beträgt je nach Szenario 65%  bis maximal 90%. 

In der Statistik gilt eine Eintreffwahrscheinlichkeit unter 90% wegen der großen Irrtumswahrscheinlichkeit als nicht gesichert. Selbst eine Eintreffwahrscheinlichkeit von 90% weist noch eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 10% auf. Erst bei einer statistischen Sicherheit von 95% - 99% oder mehr sind Ergebnisse wegen ihrer geringen Irrtumswahrscheinlichkeit als signifikant bis hochsignifikant anzusehen. Offensichtlich aufgrund dieser Tatsache haben viele Verantwortliche, so auch unsere Bundeskanzlerin, ihre Stellungnahme zum UN–Klimabericht mit den Worten begonnen: “Wenn man den Klimamodellen glauben  darf,..“ .Jedoch gibt es gute Gründe, ihnen nicht zu glauben.

Solare Aktivität und Klimawandel

In Anbetracht eines sich seit Jahrmillionen auf allen Zeitskalen permanent wandelnden Klimas muss man sich fragen, wie realistisch es ist, dass die natürlichen Klimaprozesse bei der globalen Erwärmung im Vergleich zum anthropogenen Treibhauseffekt nur noch eine sekundäre Rolle spielen sollen. Dieses gilt insbesondere für den Einfluss der Sonne.

Ein Indikator für die Veränderungen der solaren Aktivität und damit des solaren Energieflusses zur Erde („Solarkonstante“) sind die Sonnenflecken, also die dunklen Flächen von allgemein 1.000 - 10.000 km Ausdehnung. Erzeugt werden sie durch das sich permanent ändernde solare Magnetfeld. Eine hohe Sonnenfleckenzahl weist auf eine aktive Sonne mit größerer Ausstrahlung hin, eine niedrige Sonnenfleckenzahl auf eine ruhige Sonne mit einer geringeren Ausstrahlung. Dabei sind es nicht die Sonnenflecken selber, sondern die synchron mit ihnen auftretenden energieintensiven Sonnenfackeln, die den variablen Strahlungsprozess dominieren. Sonnenflecken sind somit der sichtbare Indikator für die Veränderungen des solaren Energieflusses. Sie werden seit der Erfindung des Fernrohrs im 17. Jahrhundert beobachtet, so dass für Untersuchungen zur solaren Aktivität Daten von mehr als 300 Jahren zur Verfügung stehen.

Dabei zeigt sich, dass die Sonnenfleckenzahl zum einen kurzperiodisch zu- und abnimmt. Die mittlere Periode beträgt rund 11 Jahre, kann aber im Einzelfalle mehrere Jahre davon abweichen. Einen Einfluss dieses kurzperiodischen solaren Signals auf den Ozongehalt, die Temperatur und die Zirkulation der Stratosphäre haben u. a. K. Labitzke (1997, 2005), U. K. Matthes; U. Langematz, et al. (2003, 2005) gezeigt. Die Ursache dafür ist der zwischen Sonnenfleckenminimum und Maximum im UV-Bereich z. T. um mehr als 10% variierende Energiefluss.

Im bodennahen Klima wird die Änderung des Energieflusses zwischen Sonnenfleckenminimum und Maximum eines einzelnen Zyklus in der Regel nicht erkennbar. Durch die halbperiodische Zu- und Abnahme des integralen Energieflusses von rund 0,1% kann der resultierende Effekt auf das Klima Null oder so gering sein, dass er in der natürlichen Variabilität unseres Klimasystems untergeht.

Jedoch treten neben der kurzperiodischen solaren Schwankung auch langfristige Veränderungen der Sonnenfleckenzahl und damit des solaren Flusses auf (Hoyt, D. V. und Schatten, K. H., 1997 und Landscheidt, T., 1983). Dabei lassen sich über viele Zyklen anhaltende Trends beobachten. In Abb. 3 sind in Form linearer Regression zum einen die Trends der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus und zum anderen die Trends der Sonnenfleckenmaxima in den letzten 300 Jahren dargestellt. Von 1705 bis 1778 sowie von 1848 bis 1999/2000 sind positive Trends der Sonnenfleckenzahl pro Zyklus aufgetreten, wobei die solare Aktivität nach 1848 eine zunehmende Tendenz aufweist. Die Zeit zwischen 1778 und 1829 ist dagegen durch einen extrem starken negativen Trend der Sonnenaktivität gekennzeichnet. Die mittleren Sonnenfleckenzahlen verringerten sich um 14,5, die Maxima um über 25 von einem Zyklus zum nächsten.

Im Gegensatz zur einzelnen 11–jährigen Periode ist mit hoher Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, dass einer langfristigen Zunahme oder Abnahme der Sonnenfleckenzahl je Zyklus und damit der solaren Aktivität eine wesentliche klimarelevante Bedeutung zukommt. Auf die Frage, wie groß der solare Anteil am Klimawandel der vergangenen 300 Jahre war, soll die nachfolgende Untersuchung über den Zusammenhang zwischen mittlerer Sonnenfleckenzahl je Zyklus und Temperaturverhalten Aufschluss geben. Dabei spiegelt, wie gesagt, die mittlere Sonnenfleckenzahl als Indikator die jeweilige Sonnenaktivität und damit den integralen solaren Energiefluss je Sonnenfleckenzyklus  wider. 

Abb. 4 zeigt die Entwicklung der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus zwischen 1850 und 1999, dem Ende der letzten Sonnenfleckenperiode. Wie man erkennt, hat sich die mittlere Sonnenfleckenzahl innerhalb der letzten 150 Jahre um fast  100% erhöht. Das aber bedeutet: Die solare Aktivität und damit der solare Energiefluss hat seit dem Beginn der globalen Klimareihe essenziell zugenommen. Vergleicht man diese Entwicklung der mittleren Sonnenfleckenzahl mit der globalen Temperaturentwicklung seit 1850 (Abb. 2), so ist die grundsätzliche Übereinstimmung unverkennbar. Mit dem Anstieg der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus von 43 auf rund 80 zwischen 1848 und 1999 korrespondiert der beobachtete globale Temperaturanstieg um 0,6°C (K).

Wesentlich weiter zurück als die globalen Klimareihen (Jones et al., 1999, Brohan et al., 2005) reichen die Klimabeobachtungen in Mitteleuropa. So wurden die Klimabeobachtungen von Wien und Prag in den 1770er Jahren, die von Basel in den 1750er Jahren und die von Berlin (J. Pelz, 1997) im Jahre 1701 begonnen. Die Mitteltemperatur dieser vier Stationen wird in dieser Untersuchung als  „Klimareihe Mitteleuropa“ definiert.

Um den Klimawandel Mitteleuropas ab 1701 untersuchen zu können, wurden für die Periode 1781 - 1840 die mittleren Temperaturdifferenzen zwischen Basel, Prag und Wien zu den 10-jährigen Mitteltemperaturen von Berlin berechnet. Basierend auf der Berliner Temperaturreihe wurde mit den 10-jährigen Abweichungen die Klimareihe Mitteleuropa für die Periode 1701 -   1780 (Prag bis 1786) extrapoliert. Wie die Überprüfung der Reduktionsmethode für den Zeitraum 1841 - 1930 zeigt, lagen die dekadischen Abweichungen zwischen berechneten und beobachteten Mitteltemperaturen in der Regel nur zwischen +/- 0,1°C (absoluter Fehler + 0,06 K)). Folglich vermag die Klimareihe von Mitteleuropa Aufschluss zu geben über den Klimawandel in einem 300–jährigen und damit doppelt so langen Zeitraum wie die globale Klimareihe.

Abb. 5 zeigt die Temperaturentwicklung Mitteleuropas zwischen 1701 und 2000. Wie man sowohl anhand der 10-jährigen Mittelwerte als auch an der geglätteten Temperaturkurve erkennt (s. auch  Abb. 1), wurde Mitteleuropa zu Beginn des 18. Jahrhunderts von der letzten Phase der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit beherrscht. Im Verlauf des 18. Jahrhunderts stieg die Temperatur an und erreichte ihren Höhepunkt um 1800. Dabei waren die 1790er Jahre, und zwar ohne anthropogenen Treibhauseffekt, nahezu genau so warm wie die 1990er Jahre. Nach 1800 setzte ein rapider Temperaturrückgang ein. Dieser Abkühlung folgte nach 1850 allmählich die derzeit diskutierte Erwärmung.

Abb. 6 zeigt die Entwicklung der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus in den letzten 300 Jahren. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts lag die mittlere Sonnenfleckenzahl unter 20. Im Laufe des 18. Jahrhunderts stiegen die Werte je Zyklus bis auf 68 an. Danach gingen sie in relativ kurzer Zeit um über 50% zurück. Dem Minimum des 19. Jahrhunderts folgte ein erneuter Anstieg der solaren Aktivität bis zu den jüngsten Werten von 84 bzw. 75. Das heißt: Die mittlere Sonnenfleckenzahl der beiden letzten Zyklen ist rund doppelt so groß wie vor 150 Jahren und mehr als viermal so groß wie vor 300 und 180 Jahren. Vergleicht man Abb. 5 und Abb. 6 miteinander, so ist der Zusammenhang von Sonnenfleckenzahl und Temperatur in den letzten 300 Jahren unverkennbar. Dem solaren Antrieb kommt eine hohe klimarelevante Bedeutung zu.

Fasst man die bisherigen Ergebnisse zusammen, so ergibt sich für die Klimaentwicklung der letzten 300 Jahre folgendes Bild: Nach dem letzten Höhepunkt der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit im 17. Jahrhundert, in der in England der Ackerbau zusammengebrochen ist, folgte im 19. Jahrhundert die erste neuzeitliche Kleine Eiszeit. Genau in diese Zeit, also in die lebensfeindlichste Epoche der letzten 250 Jahre, fällt der Beginn der globalen Klimareihe. Alle Angaben zur bisherigen globalen Erwärmung beziehen sich auf diese

Kälteperiode vor 150 Jahren, in der wegen miserabler Ernten Menschen in Mitteleuropa verhungert sind, in der der Weinanbau aus Norddeutschland verschwand und in der Deutsche in Scharen in der Hoffnung auf eine  auch  klimatisch bessere Zukunft in die Neue Welt auswanderten. Damit sollte einem klar werden, welch eine glückliche Fügung der Temperaturanstieg seit 1850 ist. Stattdessen wird in der Klimadebatte der Eindruck erweckt, als sei die Erwärmung seit 1850 der erste Teil eines anthropogen verursachten Infernos. Es hieße, die Dinge auf den Kopf zu stellen, würde man das lebensfeindliche Klima des 19. Jahrhunderts als „Normalklima“ ansehen und es zum Maßstab für die weitere Klimaentwicklung machen. 

Als weiteres Ergebnis zeigt die Analyse den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen den langzeitlichen Änderungen der solaren Aktivität und dem globalen sowie mitteleuropäischen Klimawandel der letzten 150 - 300 Jahre. Dabei sind globale und mitteleuropäische Klimaentwicklungen eng miteinander verbunden, wie für den Zeitraum 1850 - 2000 der Korrelationskoeffizient von 0,9 belegt. Damit dürfte sicher sein, dass die Klimareihe Mitteleuropas auch vor 1850 die prinzipiellen Züge des globalen Klimawandels widerspiegelt.

 

Die statistische Analyse

Mit der Korrelationsanalyse über den Zusammenhang von Sonnenaktivität und Klimawandel wird untersucht, in welchem Ausmaß die langfristige Variabilität der Sonnenfleckenzahl und damit des solaren Flusses mit der Variabilität der globalen und mitteleuropäischen Temperatur korrespondiert. Dazu soll zunächst eine anschauliche Betrachtung der Anomalien von Mitteltemperatur und mittlerer Sonnenfleckenzahl vorgenommen werden, d.h. ihrer Abweichungen je Zyklus vom langfristigen Mittelwert. Auf diese Weise lässt sich erkennen, wann in den letzten 300 Jahren die solare Aktivität unter oder über dem Durchschnitt lag und wann es also kälter oder wärmer als im Mittel war.  

Abb. 7 zeigt die Temperaturanomalien der Sonnenfleckenzyklen seit 1705. Die negativen Anomalien zu Beginn des 18. Jahrhunderts charakterisieren das kalte Klima am Ende der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit. Im Verlauf des 18. Jahrhunderts erfolgt ein Wechsel zu positiven Anomalien, zu überdurchschnittlichen Temperaturen. Nach 1800 treten bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts über 150 Jahre negative Temperaturanomalien auf. Erst seit etwa sechs Jahrzehnten sind in Mitteleuropa die Temperaturanomalien wieder positiv,  ist es wieder wärmer als im Durchschnitt der letzten 300 Jahre.

Abb. 8 zeigt die Anomalien der mittleren Sonnenfleckenzahl je Sonnenfleckenzyklus seit 1705. Wie die negativen Anomalien zeigen, lag die Sonnenaktivität zu Beginn des 18. Jahrhunderts deutlich unter dem Durchschnitt der letzten 300 Jahre. Diese Tatsache deckt sich mit den Ergebnissen von Eddy (1976), nach denen während des letzten Höhepunkts der Kleinen Eiszeit im späten 17. Jahrhundert nur sehr wenige Sonnenflecken beobachtet worden waren. Wie eine Klimamodellstudie zeigt, führte die „ruhige“ Sonne während dieser Zeit (Maunder-Minimum der solaren Aktivität) zu einer nordhemisphärischen Abkühlung bis zu rund 1°C (A. Claußnitzer, 2003). Im Verlauf des 18. Jahrhunderts erfolgt ein Wechsel von negativen zu positiven Anomalien, also zu einer überdurchschnittlichen Sonnenaktivität. Im 19. und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts dominieren wieder negative Anomalien. Die Zahl der Sonnenflecken lag wie die Temperatur 150 Jahre unter dem Durchschnitt. Erst seit etwa 1950 sind die Sonnenfleckenanomalien wieder positiv, ist die solare  Aktivität wieder höher als der Durchschnitt der letzten 300 Jahre.

Damit ergibt sich grundsätzlich folgender Zusammenhang: In den Perioden mit unterdurchschnittlichen  Sonnenfleckenzahlen war es in Mitteleuropa kälter als im vieljährigen Mittel, in den Perioden mit überdurchschnittlichen Sonnenfleckenzahlen war es wärmer als im vieljährigen Durchschnitt. Dieser Zusammenhang gilt auch für die globale Temperaturentwicklung seit 1850.

Die Berechnung der Korrelationskoeffizienten über den Zusammenhang zwischen mittlerer Sonnenfleckenzahl und Mitteltemperatur wird für Mitteleuropa für die Zeit ab 1778 durchgeführt, d.h. für die Periode mit vollständigen Messdaten an den vier Klimastationen. Für die globale Temperaturentwicklung wird die Zeit ab 1850 (Brohan et al.) bzw. ab 1860 (Jones et al.) untersucht. Die Ergebnisse sind in Abb. 9 dargestellt. Die Berechnung für unterschiedlich lange Intervalle soll zeigen, wie stabil die Korrelationen zeitlich sind. Die Zuverlässigkeit der Korrelationen wird durch das Signifikanzniveau (einseitiger F–Test) festgestellt. Bei der Berechnung der Autokorrelation zeigt sich, dass die Zeitreihe der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus beim 5. Term nahe Null liegt und danach negativ wird.

Bei der ersten Korrelationsanalyse wird die Annahme gemacht, dass sich der solare Energiefluss  eines Zyklus nur auf das Temperaturverhalten im selben Zyklus auswirkt.  (Abb. 9: je Zyklus). Für die Abkühlungsperiode in Mitteleuropa zwischen 1778 und 1836 folgt bei dieser Annahme ein Korrelationskoeffizient von      +0,78. Für den nach 1848 beginnenden allmählichen Temperaturanstieg in Mitteleuropa liegen die Korrelationskoeffizienten stabil bei +0,70. Für die globale Erwärmung berechnen sich für die vier Zeitintervalle 1850-1999, 1860-1999, 1870-1999, 1883-1999 stabile Korrelationskoeffizienten von +0,76 (Brohan et al.) bis       +0,81 (Jones et al.). Alle Ergebnisse für die mitteleuropäische wie für die globale Erwärmung der letzten 150 Jahre sind auf dem 99%-Niveau hochsignifikant.

Da es sich bei dem solaren Energiefluss aber um einen kontinuierlichen Prozess handelt, und das Klimasystem der Erde ein Trägheitssystem ist, das einige Zeit braucht, um Antriebsänderungen umzusetzen, wird bei der zweiten Analyse von der physikalisch realistischen Annahme ausgegangen, dass der solare Einfluss eines Sonnenfleckenzyklus sich auf die Mitteltemperatur des gleichen und des jeweils nachfolgenden Zyklus auswirkt (Abb. 9: SF1z : T2z). Für die Abkühlungsperiode in Mitteleuropa berechnet sich ein Korrelationskoeffizient von +0,91 und für die Erwärmung Mitteleuropas von +0,77 bis +0,79. Für die beiden globalen Temperaturreihen ab 1850/1860 ergeben sich Korrelationskoeffizienten von +0,76 bis +0,83. In diesem Fall, in dem auch alle anderen klimarelevanten Prozesse wirksam sind, vermag der solare Effekt somit rund 80% der Varianz der mitteleuropäischen Abkühlung sowie bis zu 65% bei der globalen und mitteleuropäischen Erwärmung zu erklären. Alle Ergebnisse sind auf dem 99%-Niveau statistisch hochsignifikant.

Bei der dritten Analyse wird versucht, den langfristigen solaren Antrieb von kurzfristigen Klimaprozessen zu trennen. Das Klimasystem der Erde ist ein physikalisch hochkomplexes nichtlineares System, das von externen Einflüssen (Sonne und vulkanismusbedingte atmosphärische Trübung) sowie von internen Einflussgrößen (Atmosphäre, Ozean, Biosphäre, glaziale und Erdbodenverhältnisse) angetrieben wird. Alle internen Prozesse stehen in Wechselwirkung untereinander. Sie reagieren zum einen auf die externen Antriebe und zum anderen agieren und reagieren sie in Form positiver und negativer Rückkopplungen. Die Vielzahl dieser klimarelevanten Prozesse spiegelt sich in der Variabilität des globalen wie regionalen Temperaturverhaltens wider. Wie die unsystematischen jährlichen und dekadischen Temperatursprünge zeigen, wirken viele Prozesse nur auf der kurzfristigen Klimaskala.

Um diese, den generellen Klimaverlauf und solaren Einfluss überlagernden, kurzfristigen und unsystematischen „Störungen“ zu eliminieren und um auf diese Weise den klimarelevanten Einfluss des permanenten solaren Antriebs zu erfassen, wird eine dritte, zyklenübergreifende Analyse durchgeführt, d. h, es wird eine über zwei Zyklen gleitende Mittelwertbildung der Daten vorgenommen. Wie sich zeigt, bleiben alle wesentlichen Strukturen auch erhalten, wenn die Fluktuationen eliminiert werden.

Die Ergebnisse der Korrelationsanalyse sind in Abb. 9: 2 Zyklen dargestellt. Für die mitteleuropäische Abkühlungsperiode 1778 - 1836 folgt über den Zusammenhang von Sonnenflecken- und Temperaturverhalten ein Korrelationskoeffizient von +0,92. Der solare Einfluss vermag somit mehr als 80% der klimarelevanten Temperaturänderung während der Abkühlungsperiode zu erklären. Für die globale und für die mitteleuropäische Erwärmung in den letzten 150 Jahren folgen stabile Korrelationskoeffizienten von +0,85 bis +0,87. Damit kann der solare Effekt mehr als 70% der Varianz des klimarelevanten langfristigen Temperaturanstiegs seit 1850 erklären.  Die Ergebnisse sind auf dem 99,9%-Niveau statistisch hochsignifikant.

Fazit: Der veränderliche solare Energiefluss ist mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit der dominierende Antrieb im Klimasystem der Erde. Seine Abnahme zu Beginn des 19. Jahrhunderts vermag über 80% der lebensfeindlichen Abkühlung Mitteleuropas zu erklären. Die deutlich gesteigerte solare Aktivität nach 1850 vermag mindestens zwei Drittel der mitteleuropäischen und globalen Erwärmung seit 1850 hoch signifikant zu erklären.

Damit folgt: Der Temperaturanstieg in den letzten 150 Jahre kann maximal zu einem Drittel durch den anthropogenen Treibhauseffekt verursacht worden sein. Der anthropogene Treibhauseffekt wird somit in den Klimamodellen des UN–Klimareports 2007 wesentlich überschätzt. 

Bei einer globalen Temperaturerhöhung seit 1850 von +0,6°C lassen sich folglich +0,4°C durch den gesteigerten solaren Energiefluss erklären und maximal nur +0,2°C durch den anthropogenen Treibhauseinfluss. Da der CO2-Effekt allein zur Zeit rund 50% des anthropogenen Treibhauseffekts ausmacht, folgt: Die  CO2-Zunahme von 35% in den letzten 150 Jahren  kann nur einen Temperatureffekt von  + 0,1°C an der globalen Erwärmung seit 1850 erklären. Klimamodelle, die den Einfluss der langfristigen Veränderungen der solaren Aktivität unterschätzen, haben a priori einen elementaren Fehler und werden zu keinen zuverlässigen Aussagen über den Klimawandel kommen.

Quo vadis Klima ?

Betrachtet man die grundsätzliche Temperaturentwicklung von der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit bis heute, so weist sie unverkennbar einen wellenartigen, sinusförmigen Verlauf auf. Die Wellenlänge beträgt  rund 200 Jahre. Synchron dazu zeigt die solare Aktivität das gleiche langfristige Schwingungsverhalten. Bei der periodischen Zu- und Abnahme der solaren Aktivität handelt es sich offensichtlich um den aus der Astrophysik bekannten „De-Vries-Zyklus“, dessen mittlere Periode 210 Jahre beträgt. Die beobachteten Zyklusminima der solaren Aktivität lagen in den letzten 350 Jahren im 17. (Maunder Minimum) und im 19. Jahrhundert (DaltonMinimum). Die Maxima der solaren Aktivität traten um 1800 und 2000 auf. Die Klimaentwicklung seit der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit folgt dem solaren De-Vries-Zyklus (u. U. derzeit verstärkt durch den im Mittel 88–jährigen Gleisberg–Zyklus).

Aufgrund dieses Zusammenhangs von periodisch sich ändernder Sonnenaktivität und der Klimaentwicklung in den letzten 300 Jahren muss man folgern: Nach der derzeitigen Wärmeperiode folgt mit hoher Wahrscheinlichkeit entsprechend dem langperiodischen Sonnenverhalten ein weiteres zyklisches Minimum der solaren Aktivität und damit eine dem Treibhauseffekt entgegen wirkende Abkühlung im Verlauf des 21. Jahrhunderts. Die von den Klimamodellen berechnete fortschreitende Erwärmung erscheint vor diesem Hintergrund höchst unwahrscheinlich.

Wie die dramatische Klimaentwicklung zwischen 1661 und 1700 (Zentralenglandreihe) sowie von 1800 bis 1850 (Mitteleuropareihe) zeigt, als die 10-jährigen Mitteltemperaturen in nur vier bzw. fünf Jahrzehnten um -1,0°C (K) sanken, können Abkühlungen abrupt einsetzen und über viele Jahrzehnte das Klima bestimmen.  

Als schwerwiegender Fehler könnte sich in der Klimazukunft erweisen, den solaren Einfluss auf den Klimawandel falsch eingeschätzt zu haben. Wir werden uns nach dem periodischen Verhalten der Sonnenaktivität voraussichtlich schneller in einer weiteren Abkühlungsphase befinden als uns lieb ist. Einen ersten Temperatureinbruch gab es in den 1960er/70er Jahren, als die Sonnenfleckenzahl vorübergehend um 25% zurück ging und sich als Folge des verringerten solaren Energieflusses die Nordpolarregion um mehrere °C (K) dramatisch abkühlte. Aus diesem Grund erscheint es dringend geboten, Klimafolgestrategien für den Fall einer raschen Abkühlung zu entwickeln. Allein an eine fortlaufende anthropogen verursachte Erwärmung zu glauben, könnte sich schon in wenigen Jahrzehnten als einäugig erweisen.

Abschließend sei noch auf die Tatsache eingegangen, dass sich die globale und regionale Erwärmung in den letzten Jahren beschleunigt hat. Dieses mit dem anthropogenen Treibhauseinfluss zu begründen, ist durch nichts bewiesen. Zum einen ist die solare Aktivität auf dem höchsten Niveau seit weit über 300 Jahren, und zwar noch um 25 - 30% höher als beim Wärmehöhepunkt der 1790er Jahre. Zum anderen können bei Abkühlungen wie Erwärmungen positive Rückkopplungen mit anderen Klimafaktoren auftreten, was eine Verstärkung des Prozesses zur Folge hat. So wird durch eine globale Erwärmung die mit Eis und Schnee bedeckte Fläche kleiner. Das führt zu einer verminderten Reflexion der Sonnenstrahlung, d.h. zu einer erhöhten Absorption und damit einer sich weiter verstärkenden Erwärmung. Analoges gilt für den Selbstverstärkungsprozess in Abkühlungsperioden, wenn die schnee- und eisbedeckte Fläche anwächst und sich dadurch die globale Albedo erhöht.

Schlussbetrachtungen

Nach den obigen Ergebnissen über die globale wie mitteleuropäische Klimaentwicklung der vergangenen 150 bzw. 300 Jahre wird der anthropogene Treibhauseffekt auf den Klimawandel im UN–Klimabericht 2007 wesentlich überschätzt und in der öffentlichen Darstellung in wissenschaftlich unzulässiger Weise dramatisiert. Unsichere, auf Hypothesen beruhende und im Konjunktiv gemachte Szenarienaussagen werden wie Fakten behandelt. Die daraus resultierende derzeitige Klimahysterie und der unausgegorene CO2-Aktionismus sind vor dem Hintergrund der bisherigen Klimaentwicklung nicht nachvollziehbar. Nicht der Mensch, sondern die veränderliche Sonnenaktivität ist aufgrund der 300-jährigen Klimadiagnose die treibende Kraft, ist der „global player“ in unserem Klimasystem. So hat zur globalen Erwärmung im Zeitraum 1850-2000 von  +0,6°C (K) die CO2 -Zunahme um 35% lediglich + 0,1°C (K) beigetragen.  Was aber bedeutet das für die Klimapolitik? Es wäre ein Irrtum, würde man folgern, damit sei der Mensch aller Klimaprobleme enthoben.

Zum einen müssen wir uns, wie alle unsere Vorfahren, auf weitere naturgegebene globale und regionale Klimaänderungen, d.h. auf wärmere und kältere Perioden, einstellen. Mit der Entwicklung entsprechender Strategien gilt es, sich vorausschauend auf verändernde Lebensbedingungen einzustellen. Dabei ausschließlich von einer fortschreitenden Erwärmung auszugehen, erscheint in Anbetracht der langperiodisch sich ändernden Sonnendynamik einäugig. In Abwandlung eines geflügelten Wortes kann man sagen: Die nächste Abkühlung  (Kleine Eiszeit) kommt bestimmt. Daran wird der Mensch kaum etwas ändern können.

Die Anstrengungen zur globalen Reduzierung der CO2 -Emissionen sollten in erster Linie aus energiepolitischen Überlegungen abgeleitet werden. Vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit erscheint es dringend geboten, den Schutz der Ressourcen um der Ressourcen - und damit unserer Nachkommen - willen zu betreiben. Selbst wenn unsere fossilen Energiereserven noch über 100 Jahre reichen, was sind, abgesehen von ihrer zunehmenden Verknappung/Verteuerung, ein oder zwei Jahrhunderte vor dem Hintergrund der Menschheitsentwicklung. Auch ist zu bedenken, dass der Energiebedarf  bei einem Rückgang der Temperatur höher sein wird als bei der „prognostizierten“  Erwärmung. 

Vor diesem Hintergrund kommt dem Einsatz regenerativer Energien als Ergänzung zu den konventionellen Energieträgern eine wichtige Rolle zu. Allerdings sollte man auch die Grenzen beim Einsatz erneuerbarer Energien klar erkennen. So stehen z.B. uns in Mitteleuropa in der kalten und dunklen Jahreszeit, wenn der  Energiebedarf besonders hoch ist, im Mittel nicht mehr als 10% der Sonnenenergie im Vergleich zu den Sommermonaten zur Verfügung. Entsprechend liefern meine Solarröhren an den vielen trüben Herbst- und Wintertagen bei Kollektortemperaturen unter 20°C nicht einmal genug Wärme für das tägliche Spülwasser.

Last but not least sollte dem regionalen und überregionalen Umweltschutz höchste Priorität eingeräumt werden. Die Reinhaltung von Luft, Wasser und Boden, der Erhalt der Wälder usw. kommen den Menschen  unmittelbar zu gute und stellen in der Summe einen effektiven und nachhaltigen Beitrag zum Klima und zur Lebensqualität auf unserem blauen Planeten dar.

Literatur

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- Über den Klimawandel in Mitteleuropa seit 1850 und sein Zusammenhang mit der   
  Sonnenaktivität. SO 17/02 (2002)
- Die globale Erwärmung seit 1860 und ihr Zusammenhang mit der Sonnenaktivität.
  SO 27/02 (2002)
- Die nord- und südhemisphärische Erwärmung seit 1860 und ihr Zusammenhang mit der 
  Sonnenaktivität. SO 10/03 (2003)
- Der solare Einfluss auf das mitteleuropäische und globale Klima seit 1778 bzw. 1850.      
  SO 01/07 (2007) – In Memoriam Prof. Richard Scherhag.
- Klimawandel und Klimadiskussion unter der Lupe. Z. für Nachhaltigkeit 5. 2007

Matthes, K., Y. Kuroda, K. Kodera, U. Langematz: Transfer of the solar signal from the stratosphere to the
                          troposphere: Northern winter.  J. Geophys. Res., 111.2005

Matthes, K., U. Langematz, L. L. Gray, K. Kodera   Improved 11- year solar signal in the Freie Universität
                        Berlin climate middle atmosphere model. J. Geophys. Res., 109. 2003 

Pelz, J.             Die Berliner Jahresmitteltemperaturen von 1701 bis 1996, Beilage Berl. Wetterkarte, 06/97 (1997)

Svensmark, H.  Cosmic rays and earth`s climate. Space Science Rev. 93 (2000)

Daten

Den Temperaturdaten von Basel und Wien liegen die Klimareihen von F. Baur zugrunde, die im Rahmen der „Berliner Wetterkarte“ (P. Schlaak) fortgeführt und in jüngster Zeit durch Werte aktualisiert wurden, die von den beiden Stationen direkt zur Verfügung gestellt worden sind.

Die Temperaturdaten von Prag wurden der Internet-Veröffentlichung www.wetterzentrale .de/Klima/ entnommen, erweitert durch Werte, die von der Station Prag direkt zur Verfügung gestellt wurden.

Die Temperaturreihe von Berlin entspricht der Klimareihe von Berlin-Dahlem, auf die die Beobachtungen von 1701-1908 von J. Pelz reduziert worden sind.

Die globalen Temperaturreihen basieren auf der Internet-Veröffentlichung des Climatic Research Unit, UK.
(www.cru.uea.ac.uk/cru/data)

Die Angaben über die Sonnenfleckenzahlen entstammen der Internet-Veröffentlichung von NOAA(ftp:/ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_Data/Sunspot­_Numbers/Monthly/)

Die Sonnefleckenzahlen für den Zeitraum 1701-1748 wurden im Rahmen der o.g. Diplomarbeit aus verschiedenen Quellen ermittelt.

29.8.2007

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El Nino, Vulkane und die globale Erwärmung seit 1980
 Horst Malberg, Univ.-Prof. (a.D.) für Meteorologie, FU Berlin

In dem Beitrag zur Berliner Wetterkarte SO 28/07 war unter dem Titel „Über den dominierenden solaren Einfluss auf den Klimawandel seit 1701“ eine klimadiagnostische Untersuchung über die primäre Ursache des langfristigen globalen und mitteleuropäischen Klimawandels vorgestellt worden. Die Klimaanalyse führte dabei zu folgenden Ergebnissen:

Unter Berücksichtigung der gesamten klimarelevanten Antriebe (Sonne, Atmosphäre, Ozean, Vulkanismus, Biosphäre, Kryosphäre, Erdoberfläche) und deren Wechselwirkungen vermag die veränderte Sonnenaktivität der letzten 300 Jahre rund 80% der starken Abkühlung Mitteleuropas zwischen 1778 und 1837 (Dalton – Minimum der solaren Aktivität) sowie rund 55 – 60% der allmählichen globalen und mitteleuropäischen Erwärmung seit 1850 zu erklären.

Filtert man die kurzfristigen/kurzperiodischen, unsystematischen Einflüsse, z.B. von Ozean oder Vulkanismus, auf die Klimavariabilität heraus, so folgt für die beiden permanenten Klimaantriebe: Die Zunahme der solaren Aktivität vermag gut zwei Drittel des globalen und mitteleuropäischen Temperaturverhaltens der letzten 150 Jahre signifikant zu erklären. Auf den anthropogenen Treibhauseffekt kann nur maximal ein Drittel der Erwärmung seit 1850 zurückgeführt werden.

Zu einem vergleichbaren Ergebnis ist auch eine Gruppe von Wissenschaftlern deutscher Forschungsinstitute in einer Modellstudie für das Bundesministerium für Bildung und Forschung gekommen. In der BMBF-Veröffentlichung „Herausforderung Klimawandel“ (2004) heißt es  (S. 8/9) unter: „Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse“ wörtlich:

„Die globale Jahresmitteltemperatur der bodennahen Luft ist seit 1860 um 0,6 +/- 0,2 K angestiegen. Dieser Anstieg hatte sowohl natürliche als auch anthropogene Ursachen.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Wissenschaft kann man davon ausgehen, dass die Erwärmung in den letzten drei Dekaden wesentlich durch die Zunahme anthropogener Treibhausgase, insbesondere Kohlendioxid (CO2) verursacht worden ist. 

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts dagegen haben vor allem natürliche Faktoren wie die Zunahme des solaren Energieflusses und der Rückgang der Vulkanaktivität zur Erwärmung beigetragen.“

Auf S. 29/30 ist ferner zu lesen: „Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand müssen wir davon ausgehen, dass die Klimaänderung des letzten Jahrhunderts sowohl durch natürliche Faktoren als auch durch den Menschen verursacht worden ist. Während der letzten drei Jahrzehnte wird vermutlich der Beitrag des Menschen sogar dominant gewesen sein.“ 

Das bedeutet: Der hohe, durch die Klimadiagnose gefundene, solare Einfluss auf den Klimawandel ist auch nach der Modellstudie unstrittig. Bis auf die letzten Jahrzehnte sind die Modellergebnisse mit meiner statistischen Klimadiagnose deckungsgleich. Ob der anthropogene Einfluss auf den Klimawandel der letzten drei Dekaden dominant geworden ist, wird in der BMBF-Studie als Vermutung, also als unbewiesen, bezeichnet.

In den Medien wird jüngst ein Klimawissenschaftler mit den Worten zitiert:“ Der größte Teil der globalen Erwärmung – 0,5 Grad Celsius – hat seit 1980 stattgefunden, während die Sonnenaktivität abgenommen hat.“

Auch wenn der Temperaturanstieg um rund 0,5 K von 1980 bis 1998 beachtlich ist, stellt er dennoch kein Unikat dar, denn auch zwischen 1917-1937 ist bereits ein gleich großer Anstieg beobachtet worden, und zwar auf einem wesentlich niedrigeren CO2-Niveau.

Die o.g. Zitate zeigen jedoch, dass der Frage nach den Ursachen des globalen Temperaturverhaltens seit 1980 von den Treibhausbefürwortern offensichtlich eine Schlüsselrolle beigemessen wird, d.h. ob den anthropogenen oder den natürlichen Klimaantrieben die entscheidende Rolle zukommt. Somit stellt sich die Aufgabe, die globale Temperaturentwicklung seit 1980 und ihre möglichen Ursachen genauer unter die Lupe zu nehmen.

In Abb. 1 sind die globalen Jahresmitteltemperaturen für die Zeit 1980–2006 wiedergegeben. Der Temperaturanstieg von 0,46 K zwischen 1980 und 1998 ist dabei unverkennbar. Allerdings ist ebenso unverkennbar, dass bezogen auf die Jahre 1998 bis 2006, eine nicht unerhebliche globale Abkühlung von 0,12 K stattgefunden hat. Auf der Südhalbkugel erreichte die Abkühlung sogar rund 0,2 K.

Ferner wird in Abb. 1 deutlich, dass die globale Temperatur in den letzten Jahren auf einem konstanten Niveau verharrt. Augenfällig ist auch die sonderbare Form des Temperaturanstiegs zwischen 1980 und 1998. Die Erwärmung vollzog sich sägezahn-/stufenartig, d.h. sie weist eindeutig Temperatursprünge durch kurzperiodische Einflüsse auf.

Der solare Einfluss

Wie im Beitrag SO 28/07 zur Berliner Wetterkarte ausgeführt, handelt es sich bei dem solaren Strahlungsfluss um einen permanenten Klimaantrieb auf das Trägheitssystem Erde–Ozean–Atmosphäre. Dieser permanent wirkende Einfluss bestimmt seit Jahrmillionen und, wie anhand direkter Messdaten gezeigt, auch in den letzten 300 Jahren das grundsätzliche Klimaverhalten auf unserem Planeten.

Gemessen an der Zahl der Sonnenflecken hat sich die Sonnenaktivität im Verlauf des 20. Jahrhunderts wesentlich erhöht. Die mittlere Sonnenfleckenzahl je Sonnenfleckenzyklus stieg von 35 im Zyklus 1905 – 1916 auf 84 im Zyklus 1957-1967, ging im Zyklus 1968-1978 auf 61 zurück, stieg im Folgezyklus 1979–1988 wieder auf 84 an und ging in den 1990er Jahren auf 75-76 leicht zurück. Da heißt: Die mittlere Zahl der Sonnenflecken je Zyklus ist im letzten Jahrhundert um mehr als 100 % angestiegen.

Ob sich der leichte Rückgang der Sonnenfleckenzahl im Zyklus 1989-1999 bereits auf die globale Temperatur auswirkt, kann wegen der Trägheit des Klimasystems und der kurzperiodischen Klimaprozesse noch nicht abschließend gesagt werden. Auch wenn die Stagnation der globalen Temperatur in den letzten Jahren in dieses Bild passen würde. Als Faktum bleibt jedoch, dass sich die solare Aktivität der letzten Jahrzehnte auf dem höchsten Niveau der vergangenen 300 bis 400 Jahre befindet, also seit der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit im 17. Jahrhundert und entsprechend unser gegenwärtiges Klima beeinflusst.

Der anthropogene Treibhauseinfluss

Nach den in der BMBF– Studie „Herausforderung Klimawandel“ gemachten Aussagen könnte der anthropogene Treibhauseinfluss wesentlich zum Temperaturanstieg in den letzten drei Jahrzehnten beigetragen haben. Die Gretchenfrage ist also, ob der CO2- Effekt das Temperaturverhalten im Zeitraum 1980-2006 widerspruchsfrei erklären kann.

Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist von 280 ppm (Parts per million = Teile pro Million ander (Luft-) Bestandteile) um 1850 auf 340 ppm um 1980, auf 365-370 ppm um 1998 und auf rund 380 ppm im Jahre 2006 gestiegen. Dieser monoton ansteigende CO2-Gehalt kann weder das sägezahn/-stufenartige Verhalten der globalen Erwärmung von 1980 bis 1998 erklären, noch korrespondiert er mit dem globalen Temperaturrückgang zwischen 1998 und 2006. Trotz eines beschleunigt weiter fortschreitenden  CO2-Anstiegs seit 1998 ist es zu einem Rückgang der globalen Temperatur seit 1998 bzw. zu einer Stagnation in den letzten Jahren gekommen. Somit lässt sich kein schlüssiger Beweis für einen dominierenden anthropogenen Einfluss auf das Temperaturverhalten der letzten Jahrzehnte erkennen. 

Aber es gibt inzwischen von Seiten der Strahlungsphysik auch ganz grundlegende Einwände gegen einen hohen CO2-Einfluss auf die globale Temperatur. Der Diplom-Chemiker Dr. Siegfried Dittrich (Hamm/Westf.) hat Strahlungsberechnungen vorgelegt, deren Ergebnisse sich wie folgt zusammenfassen lassen:

Bereits bei der heutigen CO2-Konzentration sind die CO2-Absorptionsbanden weitgehend gesättigt. Ein weiterer Konzentrationsanstieg würde die Absorption nur marginal erhöhen, da die Strahlungsabsorption einer logarithmischen Funktion gehorcht und der zugehörige Effekt keinesfalls linear extrapoliert werden darf. Selbst bei einer Verdopplung der heutigen CO2-Konzentration läge die damit korrespondierende Erderwärmung im tolerierbaren Bereich von 0,5 bis 0,7 K, d.h. alle von den Klimamodellen berechneten weitergehenden Erwärmungen beruhen auf Annahmen über den Grad von Rückkopplungen, (z.B. bezüglich des globalen Wasserdampfgehalts und Wolkenbedeckung) im System Erde-Atmosphäre, die mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sind.

Der ozeanische und vulkanische Einfluss 

71% der Erdoberfläche sind von Meeren bedeckt. Aufgrund ihres hohen Absorptionsvermögens, ihrer großen Wärmekapazität, ihrer Strömungen und ihrer Tiefenzirkulation kommt den Ozeanen eine bedeutende Rolle in unserem Klimasystem zu. Dabei zeigt es sich, dass die Meeresoberflächentemperatur keineswegs konstant ist. So hat sich z.B. der Nordatlantik zwischen den 1970er und den 1990er Jahren in seinem grönländisch - isländischen Bereich bis zu 1,0 K abgekühlt, in seinem subtropischen Bereich aber z.T. um mehr als 1,0 K erwärmt (H. Malberg et al., 1995). Jede Änderung der Ozeantemperatur hat über seine veränderte Wärmeabgabe wesentliche Auswirkungen auf die Atmosphäre bzw. die atmosphärische Zirkulation, was wiederum Auswirkungen auf regionale Witterungserscheinungen hat. 

Ein quasi-regelmäßiger Wechsel der Meeresoberflächentemperatur vollzieht sich im mittleren und östlichen tropischen Pazifik. Dabei werden die Warmphasen des Ozeans als „El Niño“ und seine Kaltphasen als „La Niña“ bezeichnet. Die zeitlichen Abstände wie die Dauer der El Niño–Ereignisse variieren, und auch ihre Intensität ist teils stärker und teils schwächer ausgeprägt.  

Zur Erfassung der El Niño–Perioden hat der US-amerikanische Wetterdienst NOAA den „Oceanic Niño Index (ONI) definiert. Ein Warmereignis liegt dann vor, wenn die Ozeantemperatur in einem repräsentativen Teil des Pazifiks in mindestens fünf aufeinander folgenden Monaten 0,5 K oder mehr über dem Durchschnitt liegt. Den monatlichen Mitteltemperaturen liegt dabei eine über drei Monate gleitende Mittelwertbildung zugrunde.

Wie man in Abb. 2 und Abb. 3 erkennt, hat es im Zeitraum 1980 bis 2006 folgende Warmphasen, also El Niño–Ereignisse, gegeben: 1982/83, 1986/87/88, 1991/92, 1993, 1994/95, 1997/98 und 2002/03. In Abb. 2 ist die mittlere sowie die maximale Temperaturanomalie während der pazifischen El Niño-Phasen wiedergegeben. Dabei ragen besonders die Warmphasen von 1982/83 sowie 1997/98 heraus, bei denen maximale Übertemperaturen von 2,3 bzw. 2,5 K aufgetreten sind. Die El Niño-Periode von 1997/98 weist auch mit 1,9 K eine außergewöhnlich hohe mittlere Temperaturabweichung auf.  

Um eine Vorstellung von der Gesamtwirkung eines El Niño–Ereignisses auf die Atmosphäre zu bekommen, wurde das Produkt aus mittlerer Temperaturüberhöhung und Dauer der El Niño-Phase gebildet. Das Ergebnis dieser thermischen Antriebsgröße ist in Abb. 4 dargestellt. Wie man erkennt, war der Wärmetransport Ozean-Atmosphäre besonders ausgeprägt bei den El Niño–Ereignissen 1982/83, 1986/87/88 und 1997/98.Von mittlerer Wirkung waren die El Niños 1991/92, 1994/95 und 2002/03. Als wenig bedeutend ist das El Niño-Ereignis von 1993 einzustufen.

Für die Wärmeabgabe des Ozeans an die Atmosphäre ist neben der jeweiligen Temperaturanomalie auch die Dauer des El Niño–Phänomens bedeutsam. In Abb. 3 ist daher die Zahl der zusammenhängenden Monate mit positiven Temperaturabweichungen von 0,5 K und mehr bzw. von 1,0 K und mehr aufgeführt. Von besonders langer Dauer war die Warmphase 1986/87/88, während das El Niño von 1993 nur kurz und schwach war.

 



̃Grundsätzlich lässt sich beim zeitlichen Ablauf der El Niño–Ereignisse folgende Regel erkennen: Der Anstieg der Ozeantemperatur beginnt im allgemeinen im Laufe eines Jahres im späten Frühjahr/Sommer, erreicht in den Monaten um Weihnachten (daher der Name El Niño = der Christknabe/das Christkind) seinen Höhepunkt und klingt im Folgejahr ab Februar/März bis zum Sommer wieder ab. Manche zeichnen sich jedoch auch durch eine längere Dauer aus, wie z.B. das von 1986/87/88. Die El Niño–Ereignisse wirken sich somit auf die Temperatur und Zirkulation der Atmosphäre jahresübergreifend aus.   

Eine Besonderheit findet sich im Temperaturverhalten 1990–1992. So wird nach Abb. 1 die höchste globale Jahrestemperatur bereits 1990, also vor der El Niño-Warmphase, erreicht. Während des El Niño–Ereignisses 1991/92 kommt es zu einem Rückgang der globalen Temperatur statt des zu erwartenden Temperaturanstiegs.

Die Erklärung für dieses ungewöhnliche Verhalten liegt im Pinatubo-Ausbruch vom Juni 1991 begründet. Nach einer 611-jährigen Ruhepause schleuderte der philippinische Vulkan gewaltige Massen in die Atmosphäre. Während bei Vulkaneruptionen die größeren, festen Partikel bald wieder aus der Atmosphäre verschwinden, können die Sulfat-Aerosole, die zu 75% aus Schwefelsäure bestehen, längere Zeit in der Stratosphäre verweilen und durch ihre Trübung den Strahlungshaushalt der Erde mehrere Jahre beeinflussen. Die verstärkte Absorption der Solarstrahlung in den höheren Schichten führte nach dem Pinatubo-Ausbruch in der tropischen Stratosphäre zu einer Erwärmung mit Abweichungen vom Mittelwert bis zu 5 K (K. Labitzke, 1998). In den bodennahen Luftschichten führte die stratosphärische Schwächung des solaren Energieflusses zu einem Rückgang der globalen Temperatur trotz der El Niño–Warmphase 1991/92.

Dieser Sachverhalt ist auch die Erklärung dafür, warum das starke El Niño- Ereignis von 1982/83 nur mit einer schwachen Erhöhung der globalen Temperatur 1983 bzw. sogar mit einem markanten Temperaturrückgang in den Folgejahren verbunden war. Als Folge des Ausbruchs des mexikanischen El Chichon im März/April 1982 war die Strahlungsabsorption in der Stratosphäre so groß, dass es in den Tropen in rund 20 km Höhe zu einer Erwärmung mit einer Temperaturanomalie bis zu +10 K (K. Labitzke, 1998) kam. Entsprechend reduziert war der solare Energiefluss in Bodennähe. 

Dieser (zeitlich begrenzte) Einfluss der vulkanischen Sulfat-Aerosole belegt in aller Deutlichkeit, wie sich Änderungen der solaren Einstrahlung auf das bodennahe Klima auswirken. Der Prozess ist der Beweis dafür, wie hoch sensibel unser Klimasystem auf veränderte Strahlungsbedingungen reagiert. Jede länger anhaltende Änderung der solaren Aktivität, und sei die Energieflussänderung auch gering, muss mittel- bis langfristig zwangsläufig zu einem Klimawandel führen.

Zusammenfassende Schlussbetrachtung

„Niemand hat die Wahrheit, wir alle suchen sie“, hat Karl Jaspers einmal gesagt. In diesem Sinne verstehe ich die aktuelle wissenschaftliche Klimadiskussion. Niemand hat das Recht, jemanden, der einen gegenteiligen Standpunkt vertritt, persönlich zu diskreditieren, ihm die „rote Karte“ zu zeigen und sich so zum Oberschiedsrichter zu erheben. Die Ursachen des Klimawandels sind vielschichtig. Langperiodische Klimaantriebe werden von kurzperiodischen überlagert und ergeben ein komplexes Bild.  

Entsprechend zeigt die durchgeführte hoch auflösende Analyse des globalen Temperaturverhaltens der letzten Jahrzehnte deutlich, wie die Auswirkungen der permanenten Antriebe (solarer Energiefluss und Treibhauseffekt) stark von kurzperiodischen klimarelevanten Prozessen überlagert sind. Die solare Aktivität befindet sich trotz eines leichten Rückgangs der mittleren Sonnenfleckenzahl des Zyklus 1989-1999 weiterhin auf dem höchsten Niveau der letzten 300-400 Jahre, d.h. seit der letzten Phase der mittelalterlichen Kleinen Eiszeit im 17. Jahrhundert. Seine kontinuierliche Antriebskraft bestimmt nach wie vor primär den langfristigen Klimaverlauf und das derzeitige hohe Temperaturniveau. Direkte oder indirekte Änderungen des solaren Energieflusses haben unverändert Auswirkungen auf unser Klima.

Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist in den letzten Jahrzehnten beschleunigt angestiegen. Er wird in absehbarer Zeit aufgrund der stetig wachsenden Weltbevölkerung und eines zunehmenden Energiebedarfs – vor allem infolge der rasch wachsenden Industrialisierung in den bevölkerungsreichen Schwellenländern - auch weiterhin stark ansteigen. Sowohl nach der Klimadiagnose über die Ursachen der globalen Erwärmung seit 1850 als auch nach aktuellen strahlungsphysikalischen Berechnungen wird der CO2-Effekt in den Klimamodellen überschätzt, d.h. seine Auswirkungen auf das langfristige Klimaverhalten in den Szenarienrechnungen sind von großen Unsicherheiten behaftet.    

Auch in Bezug auf das Temperaturverhalten der letzten Jahrzehnte kann der anthropogene Einfluss als primäre treibende Kraft nicht nachgewiesen werden. So vermag der gleichförmige CO2-Anstieg weder das stufenartige Temperaturverhalten von 1980 bis 1998 zu erklären, noch ist er die Ursache für den hohen Temperaturwert von 1998. Aber selbst wenn man vermuten würde, wie es in der BMBF- Studie zum Ausdruck gebracht wird, er könne den generellen Temperaturverlauf nach 1980 begründen, so steht die globale Abkühlung bzw. die Stagnation der Temperatur nach 1998 sogar im Widerspruch zum beschleunigten CO2-Anstieg der letzten Jahre.

Nachweisbar sind im Zeitraum 1980-2006 dagegen die kurzperiodischen ozeanischen und vulkanischen Einflüsse auf die Temperatur. Eine klare Tendenz zur Erwärmung der Atmosphäre weisen die zahlreichen El Niño-Ereignisse seit 1980 auf. Sie korrespondieren eindeutig mit dem stufenartigen Temperaturverhalten und erklären auch den hohenen Temperaturanstieg von 1998.

Sehr aufschlussreich ist der Vergleich der El Niño-Ereignisse vor und nach 1980. Im Zeitraum 1950-1980 sind acht El Niño-Warmphasen aufgetreten. Fünf davon waren so kurz und schwach, dass die thermische Antriebsgröße (mittlere Temperaturanomalie x El Niño-Monate) unter 6,0 lag. In einem Fall lag der Wert bei 12 und nur 1957/58 und 1972/73 wurden 13,7 bzw. 14,6 erreicht. Die El Niño-Ereignisse 1982/83, 1986/87/88, 1991/92 und vor allem 1997/98 waren somit erheblich stärkerer ausgeprägt als jene in den Jahrzehnten vor 1980.   

Starke El Niño-Ereignisse haben intensive und anhaltende thermische Auswirkungen auf Ozean und Atmosphäre. Es wäre interessant zu untersuchen, ob ein direkter oder indirekter Zusammenhang der pazifischen Warmphasen mit dem derzeit beobachteten- und für die Klimamodelle  überraschenden - starken Meereisrückgang in der Nordpolarregion besteht.

Das El Niño von 1982/83 ist dabei die erste starke Warmphase nach der Abkühlung der 1960er/1970er Jahre. Dieser mit einem markanten Rückgang der Sonnenaktivität korrespondierende Temperatureinbruch, insbesondere in der Nordpolarregion, war es, der Anfang der 1970er Jahre die Diskussion auslöste, ob wir einer neuen Kleinen Eiszeit entgegen gehen. Aus der Tatsache, dass die Abkühlung in dieser Periode trotz eines steigenden CO2-Gehalts stattgefunden hat, ist ein Beweis für die primäre Abhängigkeit unseres Klimas von der solaren Aktivität. 

Der kurzperiodische vulkanische Einfluss auf das globale Temperaturverhalten beweist mit großer Deutlichkeit, wie sensibel das bodennahe Klima auf Änderungen des solaren Strahlungsflusses reagiert. Dieses zeigt sich am globalen Temperaturverhalten nach dem Ausbruch des mexikanischen Vulkans El Chichon im Jahre 1982 und des philippinischen Vulkans Pinatubo von 1991. Die Auswirkungen des vulkanischen Sulfat-Aerosols auf den Strahlungshaushalt der Erde führen in der Stratosphäre zu einer Erwärmung, während es infolge des verringerten solaren  Energieflusses in Bodennähe zu einer Abkühlung des globalen Klimas kommt. Die Temperaturdämpfung im Zusammenhang mit dem El Chichon-Ausbruch wird für 1983 auf 0,2 K geschätzt. 

Abschließend stellt sich noch die Frage nach der möglichen Ursache der globalen Abkühlung von 0,12 K nach 1998 (Südhalbkugel -0,17 K) bzw. der derzeitigen Stagnation der globalen Temperatur. Sieht man den hohen El Niño-bedingten Temperaturwert von 1998 als singulären Ausreißer an, indem man die 2-jährig gleitenden Mittelwerte in Abb. 1 betrachtet, so ist die globale Temperatur in den letzten 10 Jahren nicht mehr angestiegen, und zwar trotz der El Niño-Warmphase von 2002/03.

Ein dämpfender vulkanischer Einfluss wie beim El Chichon oder Pinatubo scheidet aus. Der beschleunigt ansteigende CO2-Gehalt steht im Widerspruch zu der konstanten bis zurück gehenden globalen Temperatur der letzten Jahre. Eine mögliche Ursache wäre, dass sich der moderate  Rückgang der solaren Aktivität des Sonnenfleckenzyklus 1989-1999 auswirkt. Allerdings steht diese Möglichkeit noch unter Vorbehalt, denn Klimawandel lässt sich nur langfristig beurteilen.

Sollte sich die bisher moderate Abnahme der solaren Aktivität nicht nur als kurzfristige Schwankung erweisen, sondern der Beginn eines längerfristigen Rückgangs sein, so wird die vom IPCC (UN-Klimabericht 2007) berechnete fortschreitende globale Erwärmung unwahrscheinlich. Die Verringerung des solaren Energieflusses würde dem CO2-Effekt entgegenwirken und damit den anthropogen bedingten Temperaturanstieg zum Stillstand bringen oder überkompensieren, so dass es zu einer globalen Abkühlung statt einer weiteren Erwärmung kommen würde. Nach dem rund 210-jährigen De-Vries-Zyklus der solaren Aktivität (s. Beilage SO 29/07) ist das sogar in den nächsten Jahrzehnten wahrscheinlich.

Die zu erwartenden zukünftigen Veränderungen des solaren Antriebs werden in den IPCC-Szenarien wesentlich unterschätzt, während gleichzeitig der CO2-Effekt überschätzt wird. Dieser Sachverhalt wird sehr deutlich in der deutschen „Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger“, wo unter „Wissenschaftliche Grundlagen“ sehr ausführlich über Treibhausgase und ihre Auswirkungen berichtet wird, während sich die sehr pauschalen Ausführungen über den solaren Einfluss  auf wenige Zeilen beschränken. Die Vorgaben in den Modellrechnungen basieren auf der Prämisse: “Der größte Teil des beobachteten Anstiegs der mittleren globalen Temperatur seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist sehr wahrscheinlich durch den beobachteten Anstieg der anthropogenen Treibhausgaskonzentration verursacht.“ Dieser Schlussfolgerung vermag ich aufgrund meiner klimadiagnostischen Untersuchungen nicht zu folgen.     

In 10 oder 20 Jahren werden wir mehr darüber wissen, wohin sich unser Klima weiterentwickelt hat und wo heute die Defizite im Verständnis unseres Klimasystems gelegen haben.

Um mit den Worten des brasilianischen Schriftstellers Paulo Coelho in seiner Erzählung „Der Alchimist“ zu schließen: „Auf die Launen des Wetters (und ich füge hinzu: und des Klimas) müssen wir immer vorbereitet sein.“        

Literatur

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UN-Klimabericht 2007 (vollständig): IPCC Fourth Assessment Report, hier: Ar4WG1, Chapter 3, p. 277 -280; http://ipcc-wg1.ucar.edu/wg1/Report/AR4WG1_Print_Ch03.pdf

Auf Deutsch: Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger als PDF:

http://www.geo.fu-berlin.de/met/ag/klimod/forschung/index.html

Daten

Die globalen Temperaturwerte basieren auf der Internet-Veröffentlichung des Climatic Research Unit, UK. (www.cru.uea.ac.uk/cru/data)

Die Angaben über die Sonnenfleckenzahlen entstammen der Internet-Veröffentlichung von NOAA
 (ftp:/ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_Data/Sunspot­_Numbers/Monthly/)

Die Daten (Anomalien der Meeresoberflächentemperatur im tropischen Pazifik) zum Oceanic Niño Index (ONI) basieren auf der Internet-Veröffentlichung von NOAA

(http://www.cpc.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml)

6.11.2007

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El Niño und der CO2-Anstieg sowie die globale Erwärmung bei  CO2-Verdopplung
Horst Malberg, Univ. Prof. a.D. für Meteorologie, FU Berlin

Die Diskussion über den anthropogenen CO2-Einfluss auf den Klimawandel ist nach der Klimakonferenz auf Bali (Dezember 2007), wo über 10.000 Vertreter von Regierungen und NGOs (Non Governmental Organizations) hingeflogen sind, in die nächste Phase getreten. Obwohl die Auswirkungen des CO2-Anstiegs in der Wissenschaft weiterhin umstritten sind, glaubt die Mehrheit der Konferenzteilnehmer scheinbar unverändert an die Unfehlbarkeit der Klimamodelle. Doch Klimamodelle sind nur Abbildungen der Realität und allein vom aktuellen Wissensstand abhängig. Es käme einem Wunder gleich, wenn das, was wir heute von unserem Klimasystem wissen, bereits der Weisheit letzter Schluss wäre. Nicht ohne Grund wird weltweit intensiv an der Verbesserung der Klimamodelle gearbeitet.

1. El Niño und der globale CO2-Anstieg

Wie sich der CO2-Gehalt im Zeitraum 1959–2004 entwickelt hat, ist in Abb. 1 wiedergegeben. Da die Werte (Mauna Loa–Daten: htpp//cdiac.ornl.gov/ftp/trends/CO2/maunaloa.co2) von Jahr zu Jahr unsystematisch angestiegen sind, wurde ein  3jährig gleitendes Mittel gebildet. Der CO2-Anstieg ist unverkennbar. Die mittlere jährliche Zunahme betrug im Zeitraum 1959-1979: 1,0 ppm (= parts per million), im Intervall 1980-1994: 1,4 ppm und im Zeitraum 1995-2004: 1,9 ppm. Der CO2-Anstieg hat sich somit seit der Klimakonferenz in Berlin (1995) weiter beschleunigt. 

Betrachtet man die CO2-Entwicklung der letzten Jahrzehnte detaillierter (Abb. 2), so wird deutlich, dass die Änderungen von Jahr zu Jahr unsystematisch waren. Dabei fällt auf, dass der höchste Wert von 2,7 ppm im Jahr 1998 aufgetreten ist, also von 1997 zu 1998.

Wie in der Beilage SO 34/07 gezeigt, war 1998 das Jahr mit einem außergewöhnlich starken El Niño. Auch die El Niño-Ereignisse 1994/95 sowie 2002/03 waren mit überdurchschnittlichem CO2-Anstieg von 2,0 bis 2,5 ppm verbunden. Analoges gilt, bezogen auf das vor Jahrzehnten noch niedrigere CO2-Niveau, für die El Niños 1982/83  und 1987/88, bei denen CO2-Anstiege von einem Jahr zum nächsten von 1,7 ppm bzw. 2,4 ppm aufgetreten sind. Was hier sichtbar wird, ist offenbar der CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre.

Der Zusammenhang zwischen der Warmphase El Niño bzw. der Kaltphase La Niña des tropischen Pazifik und dem globalen CO2-Anstieg erklärt sich aus der Löslichkeit von CO2 in Wasser, die wesentlich von der Wassertemperatur abhängig ist. Bei 0°C vermag Wasser pro kg rund 3,3 g CO2 aufzunehmen, bei 10°C rund 2,3 g, bei 20°C noch 1,7 g und bei 30°C nur noch 1,3 g. Je wärmer der Ozean während einer El Niño-Phase ist, desto mehr gelöstes CO2 wird oberflächennah wieder frei gesetzt bzw. desto weniger nimmt der Ozean auf. Entsprechend größer ist für die Dauer der El Niño-Phase der atmosphärische CO2-Gehalt.

Lässt man einmal die große Bedeutung des CO2 für die Photosynthese im Ozean außer Betracht, so kommt man zu dem Schluss, dass durch eine langfristige globale Erwärmung, auch durch eine solar verursachte, die CO2-Aufnahme des Ozeans zurückgeht. Entsprechend mehr emittiertes CO2 wird in der Atmosphäre bleiben.

2. Abschätzung der globalen Erwärmung bei CO2-Verdopplung

In der Beilage zur Berliner Wetterkarte SO 29/07 wurde auf Grund empirischer Untersuchungen über den globalen Klimawandel seit 1850 sowie den Mitteleuropas seit 1701 gezeigt, dass der solare Einfluss von den permanent wirkenden Klimaantrieben (Sonne und CO2) der dominierende ist, d.h. dass der anthropogene CO2-Effekt in den Klimamodellen überschätzt wird. Dieses Ergebnis der Klimaanalyse soll durch eine physikalische Abschätzung über die Größenordnung der Temperaturerhöhung bei einer Verdopplung des atmosphärischen CO2-Gehalts ergänzt werden. 

Die Änderung der globalen Klimatemperatur To lässt sich allgemein erfassen durch die Beziehung

∆H/∆t = ∆E – α . ∆T0.                                                   (Gl. 1)

Da der relativ geringe Wärmegehalt der Atmosphäre vernachlässigbar ist, beschreibt H den Wärmeinhalt des Ozeans mit seinem großen Speichervermögen. Gl. 1 besagt: Bei einer Änderung der globalen Strahlungsbilanz ∆E (im vorliegenden Fall durch CO2-Verdopplung: ∆E=3,7 W/m²) verändert sich der Wärmeinhalt (∆H/∆t) im Zusammenhang mit der Änderung der Klimatemperatur ∆T0. Dabei ist α der Sensitivitätsparameter der Atmosphäre. Die thermische  Reaktion auf eine Änderung der Strahlungsbilanz vollzieht sich, bis ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird, d.h. bis die zeitliche Änderung des Wärmeinhalts ∆H/∆t = 0 wird. Für den neuen Klimagleichgewichtszustand nach der Temperaturänderung ∆T0* gilt dann

0 = ∆E –  α . ∆T0*.                                                                   (Gl. 2)

Im neuen Klimagleichgewicht wird somit die erhöhte Strahlungsbilanz ∆E durch eine Erhöhung der Temperatur ∆T0* kompensiert. Verbunden mit dem Prozess ist eine erhöhte langwellige Ausstrahlung in den Weltraum.

Bei einer Strahlungsänderung ∆E hängt das Ausmaß der Temperaturänderung ∆T0* nur noch von α, der Sensitivität  der Atmosphäre, ab. Je größer α ist, umso geringer fällt die Erwärmung aus.

Ohne Berücksichtigung von Rückkopplungen, also sekundärer Prozesse, gilt für den Sensitivitätsparameter

α  =   ∂E/∂T0,                                                                           (Gl. 3)

Dabei wird durch ∂E/∂T0  die Änderung der langwelligen Ausstrahlung mit der Temperatur beschrieben. Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz gilt für die thermische Emission E eines Körpers bzw. für das System Erde-Atmosphäre

E = a. σ . T04.                                                                          (Gl. 4)

σ = 5,67.10-8 J/m²K4s ist die Boltzmann Konstante und a der Emissionsfaktor (J = Joule, K = Kelvin). Dabei gilt für schwarze Körper a = 1 und für alle anderen a < 1. Nach Differentiation von Gl. 4, Erweiterung des differenzierten Terms mit T0 und Substitution von Gl. 4 folgt schließlich für den Sensitivitätsparameter

α  =   ∂E/∂T0 =  4 a σ  T03 = 4 E/ T0.                                            (Gl. 5)

Von der räumlich-zeitlich gemittelten globalen Solarkonstanten von 342 W/m² verbleiben 70% im System Erde – Atmosphäre, also 240 W/m². Im Klimagleichgewicht werden diese grundsätzlich auch wieder abgestrahlt. Mit E =  240 W/m² und der globalen Normaltemperatur T0 für die Klimaperiode 1961–1990 von 14 °C = 287 K wird

α  = 4 E/T0 = 960/287 = 3,35.

Nach Gl. 2 folgt bei CO2-Verdopplung eine Änderung der Klimagleichgewichtstemperatur in der Größenordnung 

∆T0* = ∆E/α  = 3,7/3,35 ≈ 1 K.

Das bedeutet: Eine Verdopplung des atmosphärischen CO2-Gehalts von derzeit 380 ppm auf 760 ppm hat eine unmittelbare globale Erwärmung nur von etwa 1°C zur Folge!

Da sich der atmosphärische CO2-Gehalt nicht schlagartig verdoppelt, sondern allmählich ansteigt, erhöht sich die Temperatur wegen der Trägheit des Klimasystems, vor allem des Ozeans, in diesem Zeitraum nur um etwa 70% des obigen Wertes, d.h. um rund 0,7°C! 

3. Das Problem der Rückkopplungen

Wenn eine CO2-Verdopplung nur unmittelbar eine globale Erwärmung von etwa 1°C verursacht, wie kommt es dann, dass im UN–Klimabericht 2007 von Temperaturerhöhungen in 100 Jahren von 2,5°C  bis über 6°C die Rede ist? An dieser Spanne über der durch CO2 verursachten Erwärmung zeigt sich das fundamentale Problem der Klimamodelle. Nicht das CO2 treibt die Temperatur in diese Höhen, sondern die unverifizierten Annahmen über Sekundäreffekte.  

Unser Klimasystem ist bekanntlich hochkomplex und weist eine Vielzahl von Wechselwirkungen auf. Dabei können die Reaktionen auf einen veränderten Klimaantrieb, die Rückkopplungen, eine angestoßene Klimaänderung verstärken oder abschwächen.

A. Eine Erhöhung der globalen Temperatur wird in den höheren Breiten der Erde zu einer Verringerung der schnee- und eisbedeckten Fläche führen. Damit verringert sich die Reflexion der Solarstrahlung und damit die globale Albedo. Dieses hat eine weitere Erwärmungstendenz zur Folge. Umgekehrt führt eine globale Abkühlung zu einer Ausdehnung der Schnee- und Eisflächen und damit zu einer verstärkten Reflexion der Sonnenstrahlung, also zu einer erhöhten Albedo. Im ersten und derzeit aktuellen Fall wird dadurch die Erwärmung verstärkt. In den 1960/70er Jahren hingegen, als ein markanter Rückgang der Sonnenaktivität zu einer nordhemisphärischen Abkühlung führte, hatte sich das nordpolare Meereis so weit ausgedehnt, dass die Eisbären zu Fuß zwischen Grönland und Island hätten wandern können. Diese positive Schnee-/Eis-Rückkopplung ist  eindeutig.   

B. Eine weitere grundsätzlich positive Rückkopplung besteht zwischen der globalen Temperatur und dem Wasserdampf der Luft. So macht allein der atmosphärische Wasserdampf über 60 % des natürlichen Treibhauseffekts aus.

Jede Temperaturzunahme führt nun zu einer erhöhten globalen Verdunstung und damit zu einem erhöhten Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. Dieses könnte auf den ersten Blick eine Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts bedeuten und damit im Sinne einer positiven Rückkopplung einen weiteren Beitrag zur Temperaturerhöhung leisten. Allerdings sind die Wasserdampfbanden, also die Spektralbereiche, in denen der Wasserdampf die terrestrische Wärmeabstrahlung absorbiert, in der unteren, wasserdampfreichen Troposphäre bereits weitgehend gesättigt. Dort würde eine Wasserdampfzunahme keinen nennenswerten Temperatureffekt mehr haben.

In der oberen, wasserdampfarmen Troposphäre könnte das anders sein. Hier könnte bei einer Zunahme des Wasserdampfgehalts noch eine erhöhte Absorption der terrestrischen Wärmestrahlung erfolgen. Jedoch ist in der oberen kalten Troposphäre der maximal mögliche Wasserdampfgehalt um ein bis zwei Größenordnungen kleiner als in der unteren, warmen Troposphäre. So beträgt der Sättigungsdampfdruck 23,4 hPa bei einer Temperatur von +20°C, 1,25 hPa bei -20°C und nur noch 0,19 hPa bei -40°C bzw. 0,06 hPa bei -50°C. Entsprechend müssen die Auswirkungen auf den Treibhauseffekt gesehen werden. Dazu kommt, dass aus synoptischen Gründen eine auf die oberen Luftschichten  beschränkte Erwärmung eine atmosphärische Gegenreaktion auslösen würde. Die Temperaturzunahme in der Höhe würde zu einer stabiler geschichteten Atmosphäre führen und damit die konvektiven Wärme– und Feuchtetransporte in die obere Troposphäre abschwächen.

C. Eine große Unsicherheit in den Klimamodellen stellt auch das Rückkopplungsverhalten der Wolken dar. So führt eine Zunahme der globalen Wolkenbedeckung einerseits zu einer Verstärkung des Treibhauseffekts, indem sich die effektive langwellige Ausstrahlung der Erde und damit ihre Abkühlung verringert.

Dieser positiven Rückkopplung steht jedoch eine hohe negative Rückkopplung gegenüber, da eine größere Wolkenbedeckung auch eine  erhöhte Reflexion der Einstrahlung und damit eine Zunahme der globalen Albedo zur Folge hat. Somit kommt in den Klimamodellen den Annahmen über die Auswirkungen der CO2-bedingten Erwärmung von  0,7°C auf die globale Bewölkungsmenge eine elementare Bedeutung zu. Allein über die Vorgabe des Bewölkungseffekts lassen sich beliebig hohe globale Erwärmungen berechnen.

Wie ich in früheren Arbeiten dargelegt habe, ist bereits die exakte Bestimmung des Istzustands des großräumigen Bedeckungsgrads ein Problem, da sowohl die Satelliten- als auch die Bodenbeobachtungen mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sind. Die Gründe sind vor allem begrenztes Auflösungsvermögen, Kulisseneffekt, Wolken unterschiedlicher Höhe und Dichte sowie der Tagesgang der Konvektionsbewölkung und Nachtbeobachtungen. Ist aber schon die Erstellung einer aktuellen Bewölkungsklimatologie mit großen Unsicherheiten behaftet, so gilt das in noch stärkerem Maß in den über die Feuchte parametrisierten Klimavorhersagen. 

Fazit: Da der Einfluss der Wolken und der der Wasserdampfzunahme einen wesentlichen Unsicherheitsfaktor in den Klimamodellen darstellen, gilt diese Unsicherheit zum einen auch für den berechneten Temperaturanstieg. Zum anderen ist es nicht nachvollziehbar, dass die berechneten Erwärmungen bis zu 6°C über der strahlungsbedingten primären Erwärmung von unter 1°C bei CO2-Verdopplung liegen soll. Angemerkt sei, dass die dargelegte Abschätzung des globalen Temperatureffekts gut übereinstimmt mit den detaillierten Strahlungsrechnungen des Chemikers Dr. S. Dittrich (Hamm), der (wegen der logarithmischen Vorgänge) eine primäre Erwärmung von 0,5-0,7°C „je CO2-Verdopplung“ berechnet hat, also auch bei einem weiteren CO2-Anstieg von 760 ppm auf 1520 ppm.

4. Schlussbetrachtungen

Nach den empirischen Untersuchungen (Beilagen SO 29/07 und SO 34/07) und der obigen Abschätzung wird der anthropogene CO2-Effekt auf den Klimawandel von der heutigen Generation der Klimamodelle überschätzt und der sich langfristig ändernde solare Einfluss unterschätzt. Mit erheblichen Unsicherheiten behaftete Modellaussagen werden in der Politik, in vielen Medien und in der Öffentlichkeit unkritisch wie  Fakten betrachtet, obwohl selbst die überzeugtesten Treibhausbefürworter ihre  Aussagen nur im Konjunktiv machen. Der daraus resultierende unausgegorene CO2-Aktionismus ist wissenschaftlich nicht begründbar. Nicht der Mensch, sondern die natürlichen Klimaprozesse sind auch in Zukunft die treibenden Kräfte beim Klimawandel.

Was aber sind die Konsequenzen der in drei Beilagen vorgestellten Ergebnisse der Klimaanalyse? Die Schlussfolgerungen bleiben auch nach der dritten Analyse unverändert:

Zum einen müssen wir uns, wie alle unsere Vorfahren, auf weitere naturgegebene Klimaänderungen, d.h. auf wärmere und kältere Perioden, einstellen. Mit entsprechenden Strategien gilt es, sich vorausschauend auf verändernde Lebensbedingungen einzustellen. Dabei ausschließlich von einer fortschreitenden Erwärmung auszugehen, ist einäugig. Wie die Geschichte lehrt, werden die Kälteperioden der Menschheit die größeren Probleme bereiten.

Die Anstrengungen zur globalen Reduzierung der CO2 -Emissionen sollten vor allem aus energiepolitischen Überlegungen abgeleitet werden. Vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit erscheint es dringend geboten, den Schutz der Ressourcen um der Ressourcen - und damit unserer Nachkommen - willen zu betreiben. Selbst wenn unsere fossilen Energiereserven noch 100-200 Jahre reichen, was ist, abgesehen von ihrer zunehmenden Verknappung/Verteuerung, diese Zeitspanne vor dem Hintergrund der Menschheitsentwicklung. Auch ist zu bedenken, dass in kälteren Zeiten der Energiebedarf höher sein wird als bei der „prognostizierten“  Erwärmung. 

Vor diesem Hintergrund kommt dem Einsatz regenerativer Energien als Ergänzung zu den konventionellen Energieträgern eine wichtige Rolle zu. Allerdings sollte man auch die Grenzen beim Einsatz erneuerbarer Energien klar erkennen. So stehen uns in Mitteleuropa in der kalten und dunklen Jahreszeit, wenn der  Energiebedarf besonders hoch ist, im Mittel nicht mehr als 10% der Sonnenenergie im Vergleich zu den Sommermonaten zur Verfügung. So weisen meine Solarröhren selbst an sonnigen Wintertagen mittags nur Temperaturwerte von 20°C auf.

Last but not least sollte dem regionalen und überregionalen Umweltschutz weltweit höchste Priorität eingeräumt werden. Die Reinhaltung von Luft, Wasser und Boden, der Erhalt der Wälder, von biologisch intakten Flüssen, Seen und Ozeanen usw. kommen den Menschen  unmittelbar zu gute und stellen in der Summe einen effektiven und nachhaltigen Beitrag zum Klima und zur Lebensqualität auf unserem blauen Planeten dar.

P.S. Zu den Beilagen SO 29/07 und SO 34/O7: In der Pressemitteilung vom 2.1.08 kündigt das Space and Science Research Center in Orlando, USA aufgrund von NASA–Feststellungen einen Rückgang der solaren Aktivität mit einer kommenden Kaltzeit in den nächsten Jahrzehnten an.

(http://www.spaceandscience.net/id16.html)

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Teil 2:



Die unruhige Sonne und der Klimawandel
Horst Malberg, Univ.-Prof. a.D. für Meteorologie und Klimatologie, Freie Univ. Berlin

In dem Beitrag zur Berliner Wetterkarte SO 29/07 war unter dem Titel „Über den dominierenden solaren Einfluss
auf den Klimawandel seit 1701“ eine Analyse der Klimaentwicklung der letzten 300 Jahre im Zusammenhang
mit dem langperiodischen solaren Verhalten vorgestellt worden. Die Datenbasis der Analyse waren die
Klimabeobachtungen in Mitteleuropa seit 1701 und die globale Temperaturreihe seit 1850 einerseits sowie die
korrespondierenden Sonnenfleckenbeobachtungen anderseits.




Abb. 1 Mittlere jährliche Sonnenfleckenzahl 1701 - 2006


Die Sonnenflecken, die durch das sich ständig verändernde Magnetfeld der Sonne erzeugt und variiert werden,
sind ein Indikator für die solare Aktivität, d.h. deren zeitliche Variabilität. Die o.g. Untersuchung basierte auf
dem Ansatz, dass zwischen der mittleren Sonnenfleckenzahl je Sonnenfleckenzyklus und. dem damit korrespondierenden
mittleren solaren Energiefluss und der globalen, hemisphärischen und mitteleuropäischen Klimaentwicklung
ein signifikanter Zusammenhang besteht. Mittels einer Korrelationsanalyse konnte der Ansatz in
vollem Umfang bestätigt werden.

In der folgenden Analyse werden die gleichen Beobachtungsdaten zu Grunde gelegt. Jedoch wird ein anderer
Untersuchungsansatz gewählt. An Stelle der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus wird der Zusammenhang
zwischen dem globalen, hemisphärischen und mitteleuropäischen Temperaturverlauf der letzten 150–300 Jahre
und der Varianz, also der Variabilität der jährlichen Sonnenfleckenzahl je Sonnenfleckenperiode, untersucht
Die empirische Varianz s² ist ein statistisches Maß für die Streubreite einer Größe in einem Beobachtungskollektiv
mit n Werten. Die positive Quadratwurzel aus der Varianz ist die empirische Standardabweichung s. Sie
ist somit ein Maß für die Variabilität der Beobachtungsgröße. Neben dem Mittelwert stellt sie die wichtigste
Maßzahl zur Beschreibung des Verhaltens einer Beobachtungsgröße dar.

In Abb. 1 sind die mittleren jährlichen Sonnenfleckenzahlen im Zeitraum 1701–2006 dargestellt. Dabei erkennt
man deutlich die Sonnendynamik der vergangenen 300 Jahre. So weisen erstens die Sonnenfleckenzyklen sehr
unterschiedliche Periodenlängen zwischen aufeinander folgenden Maxima bzw. Minima auf. Bei einem mittleren
Abstand von 11 Jahren schwanken die individuellen Zykluslängen zwischen 8 und 16 Jahren.
Zum zweiten wird deutlich, dass sich die Sonnenfleckenmaxima der einzelnen Zyklen bis zum Faktor 4 unterscheiden.
So liegen die Maxima zwischen rund 50 (1804, 1816) und 190 (1957). Auch die Breite der Flügel
um die Sonnenfleckenmaxima, also das Intervall der Nebenmaxima, ist verschieden und belegt, dass das Maximum
alleine zur Beurteilung der solaren Aktivität eines Zyklus nicht ausreicht.

Drittens sind im Sonnenfleckenverhalten und damit bei der solaren Aktivität langfristige Trends sowie
eine übergeordnete wellenartige Struktur zu erkennen. Der Zunahme im 18. Jahrhundert folgt eine
Abnahme im 19. Jahrhundert und danach wieder eine Zunahme im 20. Jahrhundert. Damit wird deutlich,
dass der Klimaantrieb der Sonne sowohl eine kurz- als auch eine langperiodische Komponente
aufweist. Die Umsetzung der solaren Energieflussänderungen erfolgt sowohl thermisch vor allem über
den Ozean als auch dynamisch über die großräumige Zirkulation. Dabei kommt der troposphärischen
Hadley-Zirkulation zwischen Tropen und Subtropen wie der Brewer-Dobson-Zirkulation, durch die
u.a. Ozon von den Tropen in die höheren Breiten transportiert wird, eine wesentliche Rolle zu. Auf
Grund dieser Prozesse sind Phasenunterschiede zwischen solarem Antrieb und Klimareaktion zu erwarten.


Die globale Erwärmung

Wie erwähnt, lässt sich die Variabilität der solaren Aktivität innerhalb eines Sonnenfleckenzyklus durch die
Standardabweichung s beschreiben. Damit erhebt sich die Frage, ob ein Zusammenhang zwischen der Varianz
der Sonnenfleckenperioden und dem globalen/hemisphärischen Temperaturverhalten seit 1850 nachweisbar ist.




Abb. 2 Globale Mitteltemperatur je Sonnenfleckenzyklus 1850 - 1999


In Abb. 2 ist der Verlauf der globalen Mitteltemperatur bezogen auf die Sonnenfleckenzyklen seit 1850 wiedergegeben.
Die globale Erwärmung von 0,6 K im Zeitraum 1850–1999 ist unverkennbar.

In Abb. 3 ist die Variabilität der mittleren jährlichen Sonnenfleckenzahl der einzelnen Sonnenfleckenperioden
anhand der empirischen Standardabweichung s dargestellt. Wie man erkennt, nimmt die Streuung von rund 22
Sonnenflecken zu Beginn der globalen Klimareihe auf Werte von 55 bis 67 in den letzten Sonnenfleckenzyklen
zu, d.h. die Variabilität der Sonnenfleckenperioden hat sich synchron zur globalen Erwärmung um den Faktor
2,5 bis 3 erhöht. Die Dynamik der Sonne hat in den letzten 150 Jahren wesentlich zugenommen. Von einem
je Sonnenfleckenzyklus ruhigen Zustand im 19. Jahrhundert ist die Sonne zu einem unruhigeren im 20. Jahrhundert mit allen Konsequenzen
für unser Klima übergegangen.




Abb. 3 Standardabweichung je Zyklus der mittleren jährlichen Sonnenfleckenzahl 1848 - 1999


Vergleicht man den globalen Temperaturverlauf in Abb. 2 mit dem Verhalten der solaren Variabilität in Abb. 3,
so ist das grundsätzlich synchrone Verhalten unverkennbar. Dieser optische Eindruck wird durch die Korrelationsanalyse
bestätigt.




Abb. 4 Korrelation von Standardabweichung s der mittleren jährlichen
Sonnenfleckenzahl je Zyklus bzw. je 2 Zyklen gleitend (**) und der
globalen, nord- /südhemisphärischen Temperatur


In Abb. 4 sind die Korrelationskoeffizienten über den Zusammenhang zwischen der solaren Varianz und der
globalen sowie der nord- und südhemisphärischen Temperaturentwicklung dargestellt. Geht man von der Annahme
aus, die solare Aktivität eines Zyklus würde nur das Temperaturverhalten im gleichen Zyklus beeinflussen,
so errechnen sich Korrelationskoeffizienten von rund +0,70. Diese sind zeitstabil, gleichgültig ob die Korrelation
ab 1848, 1860, 1870 oder 1883 berechnet wird. Das bedeutet: Unter Einbezug aller Klimaantriebe, also
auch der kurzperiodischen wie z.B. El Ninjo oder Vulkantätigkeit, vermag der solare Einfluss rund 50% des
globalen und hemisphärischen Temperaturverhaltens der letzten 150 Jahre zu erklären.

Filtert man durch eine gleitende Mittelbildung die kurzperiodischen Klimaeinflüsse nach Möglichkeit
heraus, so liefert die statistische Analyse Korrelationskoeffizienten von rund +0,80. Auch diese erweisen
sich als zeitstabil, wie der rechte Teil in Abb. 4 zeigt. Somit vermag die Variabilität der solaren
Aktivität rund zwei Drittel des langfristigen globalen und hemisphärischen Temperaturverhaltens zu
erklären. Dabei reagiert die Nordhalbkugel wegen ihres großen Festlandanteils offensichtlich direkter
als die Südhalbkugel, auf der der thermisch träge Ozean rund 80% der Halbkugel bedeckt.


Die Temperaturentwicklung Mitteleuropas

Wie bereits in dem Beitrag zu Berliner Wetterkarte SO 29/07 ausgeführt, ist die globale Klimareihe so kurz,
dass sie nur den Temperaturanstieg der letzten 150 Jahre erfasst, nicht aber den wellenartigen Klimaverlauf der
letzten 300–350 Jahre widerspiegelt. Dieses längerfristige Klimaverhalten kommt in der Klimareihe von Mitteleuropa
deutlich zum Ausdruck. Da zwischen der Temperaturentwicklung von Mitteleuropa und dem globalen
Temperaturanstieg seit 1850 eine Korrelation von +0,9 besteht, werden durch die Mitteleuropareihe auch
vor 1850 die wesentlichen Züge der globalen Klimaentwicklung wiedergeben.




Abb. 5 Mitteltemperaturen je Sonnenfleckenzyklus von Mitteleuropa


In Abb. 5 ist, bezogen auf die Sonnenfleckenperioden, der Temperaturverlauf Mitteleuropas für den Zeitraum
1705–1999 dargestellt. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts lag Mitteleuropa noch unter dem Einfluss der Endphase
der Kleinen Eiszeit. Danach stieg die Temperatur an und führte um 1800 zu einem Wärmeoptimum. Hier liegt
eindeutig der Schwachpunkt der globalen Klimareihe, denn von dieser vorindustriellen Wärmeperiode, die
allein auf natürliche Klimaprozesse zurückgeht, „weiß“ die globale Reihe nichts. Auch den Umstand, dass dem
Temperaturanstieg des 18. Jahrhunderts ein drastischer Temperaturrückgang folgte, kennt die globale Reihe
nicht. Erst nach dem Ende der Kaltzeit des 19. Jahrhunderts kam es danach im 20. Jahrhundert zu einem erneuten
Temperaturanstieg bis auf das heutige Niveau. In Zahlen ausgedrückt heißt das: Von einer Mitteltemperatur
von 8,3°C in der Periode 1705-1716 stieg die Temperatur bis 9,3°C im Zyklus 1787-1803, sank in wenigen
Jahrzehnten dann bis zum Zyklus 1837-1847 auf 8,2°C ab und stieg erst nach der Periode 1883-1892 auf 9,8°C
im letzten Sonnenfleckenzyklus an.

In Abb. 6 sind die Veränderungen der Varianz der jährlichen Sonnenfleckenzahl anhand der Standardabweichung
s für die letzten 300 Jahre wiedergegeben. Deutlich wird die Sonnendynamik anhand der hohen Variabilität
sichtbar. Der Zunahme der solaren Variabilität im 18. Jahrhundert folgt eine markante Abnahme im 19.
Jahrhundert und eine erneute Zunahme im 20. Jahrhundert.
In Zahlen heißt das: Von rund 20 nahm die Standardabweichung der Sonnenfleckenzahl auf rund 50 um 1800
zu, verringerte sich im 19. Jahrhundert wieder bis rund 20 und stieg danach auf Werte von 55 bis 67 an.



Abb. 6 Standardabweichung s der mittleren jährlichen Sonnenfleckenzahl je Zyklus: 1705 - 1999


Vergleicht man die Variabilität der solaren Aktivität (Abb. 6) mit dem Klimawandel Mitteleuropas seit 1705
(Abb. 5), so ist das synchrone Verhalten unverkennbar. Zeiten mit einer ruhigen Sonne korrespondieren mit
kalten Klimaepochen, Zeiten mit einer unruhigen Sonne weisen ein Wärmeoptimum auf. Das wellenförmige
Verhalten der solaren Varianz spiegelt sich deutlich im Temperaturverlauf der letzten 300 Jahre wider.




Abb. 7 Korrelation von Standardabweichung der Sonnenfleckenzahl je Zyklus bzw. je
2 Zyklen gleitend (**) und der Temperaturentwicklung Mitteleuropas: 1761 - 1999


Um den optischen Zusammenhang zwischen der solaren Variabilität und der Temperaturentwicklung zu quantifizieren, wurde - wie bei der Betrachtung der globalen Verhältnisse - eine Korrelationsanalyse durchgeführt.
Das Resultat ist in Abb. 7 wiedergegeben.

Den Ergebnissen im linken Teil von Abb. 7 liegt wiederum die Annahme zu Grunde, dass sich die Variabilität
jeder Sonnenfleckenperiode nur auf das Temperaturverhalten im selben Zeitraum auswirkt. Dieses ist sicherlich
insofern eine einschränkende Betrachtungsweise, als es sich bei dem solaren Fluss zum einen um einen konti-
nuierlichen Vorgang handelt und zum anderen die kurzperiodischen Klimaprozesse im Temperaturverhalten
stärker in Erscheinung treten. Dieses gilt insbesondere für den Einfluss der hochfrequenten Nordatlantischen
Oszillation (NAO), also der Luftdruckschaukel zwischen Subtropen (Azorenhoch) und Polarregion (Islandtief),
auf die Winter Mitteleuropas.

Unter diesen Bedingungen folgt für die Erwärmungsperiode 1761-1786 ein Korrelationskoeffizient von +0,70.
Für die Zeit des Dalton-Minimums der solaren Aktivität (1787-1829) mit der korrespondierenden markanten
Abkühlung ergibt sich ein Korrelationskoeffizient zwischen solarer Variabilität und Temperatur von +0.95, was
einer erklärten Varianz von über 90% entspricht. Das heißt: Bei der hohen Intensität des solar bedingten Temperaturrückgangs
spielen die anderen klimarelevanten Prozesse nur eine untergeordnete Rolle. Für die Erwärmungsphase
ab 1848 berechnen sich Korrelationskoeffizienten bis +0,70. Offensichtlich treten bei den wesentlich
langsamer verlaufenden Erwärmungen die kurzperiodisch wirkenden klimavariierenden Einflüsse stärker
in Erscheinung.

Filtert man die sekundären, unsystematischen, kurzperiodischen Klimaantriebe durch eine gleitende Mittelbildung
in Näherung heraus und korreliert sodann die solare Varianz je Zyklus mit der mitteleuropäischen Temperaturentwicklung,
so erhält man die in Abb. 7, rechts, dargestellten Ergebnisse. Für die Erwärmungsphase
1761-1803 berechnet sich ein Korrelationskoeffizient von +0,75. Die markante Abkühlung im Zusammenhang
mit dem Dalton-Minimum der solaren Aktivität weist wiederum einen Korrelationskoeffizienten von +0,95 auf.
Für den nachfolgenden Temperaturanstieg Mitteleuropas bis 1999 ergeben sich Korrelationen mit der solaren
Variabilität von +0,79 bis +0,86. Damit vermögen die langfristigen Veränderungen der solaren Varianz rund
zwei Drittel der langsam verlaufenden Erwärmung Mitteleuropas in den letzten 150 Jahren und mehr als 90 %
der katastrophalen Abkühlung nach 1800 zu erklären. So sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass in der
Kälteperiode um 1850 in Deutschland wegen der Mißernten Menschen verhungert sind und dass zu dieser Zeit
die große Auswanderungswelle in die USA einsetzte. Die globale Temperaturreihe beginnt genau an diesem
Tiefpunkt in der jüngeren Klimageschichte, und die Erwärmung seither sollte als Segen und nicht als Katastrophe
begriffen werden.


Zusammenfassung

Die Korrelationsanalyse über den Zusammenhang zwischen der Varianz der Sonnenflecken, d.h. der solaren
Variabilität, und der globalen/ hemisphärischen Erwärmung seit 1850 bzw. den Klimaschwankungen Mitteleuropas
der letzten 300 Jahre belegt den hohen solaren Einfluss auf das Klimasystem der Erde. Die Ergebnisse
bestätigen in vollem Umfang die früheren Untersuchungen. Der anthropogen beeinflusste Treibhauseffekt der
Erde wird danach offensichtlich im IPCC- Report im Vergleich zum langfristigen solaren Antrieb wesentlich
überschätzt. Aus diesem Grund können auch derzeitige ungewöhnliche Witterungserscheinungen nicht mit dem
anthropogenen Einfluss in Verbindung gebracht werden.

Der Einwand, die solaren Energieflussänderungen reichten alleine nicht aus, um den Klimawandel zu erklären,
verkennt zwei Sachverhalte. Zum einen sind bei der solar verursachten Erwärmung die gleichen Rückkopplungseffekte
in Bezug auf Wasserdampfzunahme in der Luft, Wolkenbildung und Schnee-Eis-Albedo wirksam
wie bei einer treibhausbedingten Erwärmung (s. Beitrag zur Berliner Wetterkarte SO 02/08). Zum anderen handelt
es sich bei dem solaren Effekt um einen über viele Zyklen ablaufenden, akkumulativ sich verstärkenden
und rhythmisch angestoßenen Prozess. Dieses langfristige Wirken der Sonne wird bei der solaren Varianz
ebenso wie bei der Zu- und Abnahme der mittleren Sonnenfleckenzahl je Zyklus über die letzten Jahrhunderte
deutlich.

Ein weiterer Einwand ist, dass die Untersuchungsergebnisse (noch) nicht international veröffentlicht
seien. Zum einen ist dazu anzumerken, dass die Ergebnisse dadurch keine anderen werden. Der
grundsätzliche Zusammenhang zwischen der solaren Aktivität und dem Klimawandel der letzten Jahrhunderte
ist so offenkundig, dass er problemlos nachvollzogen werden kann. Natürlich vermag eine statistische
Untersuchung nicht alle Fragen zu beantworten, da sie in der Regel die physikalischen Prozesse integral erfasst,
wie z.B. den direkten solaren Effekt inklusiv der damit verbundenen Rückkopplungen. Das aber ändert nichts
an den Zusammenhängen und den grundlegenden solaren Auswirkungen auf unser komplexes Klimasystem.
Zum anderen möchte ich in diesem Zusammenhang auf die Modellstudie deutscher Klimaforschungsinstitute
für das BMBF „Herausforderung Klimawandel“ (2004) hinweisen, in der es wörtlich heißt: „Nach dem gegenwärtigen
Kenntnisstand müssen wir davon ausgehen, dass die Klimaänderung des letzten Jahrhunderts sowohl
durch natürliche Faktoren als auch durch den Menschen verursacht worden ist. Während der letzten drei Jahrzehnte
wird vermutlich der Beitrag des Menschen sogar dominant gewesen sein.“ Als natürliche Ursachen werden
Änderungen des solaren Energieflusses und geringe Vulkantätigkeit genannt.

Die in der Studie vermutete Dominanz des anthropogenen Einflusses in den letzten Jahrzehnten lässt sich nach
meinem Beitrag zur Berliner Wetterkarte SO 34/07 nicht bestätigen, eher das Gegenteil. Ansonsten gibt es keinen
Widerspruch zwischen meinen Klimaanalysen und der Modellaussage. Und wenn betont wird, der
menschliche Einfluss könnte in den letzten Jahrzehnten sogar dominant gewesen sein, so heißt das doch wohl,
dass er es bis zu diesem Zeitpunkt nicht war. In diesem Kontext muss man sich fragen, warum diese Modellstudie
in der Diskussion nach Veröffentlichung des IPCC–Berichts so wenig Aufmerksamkeit gefunden hat.
Hingewiesen sei auch auf einen Artikel der US-Wissenschaftler N. Scafetta und B.J. West mit dem Titel „Is
Climate Sensitive to Solar Variability“ in „Physics today“ (März 2008). Unter “Conclusions” heißt es wörtlich:
”The non-equilibrium thermodynamic models we used suggest that the Sun is influencing climate significantly
more than the IPCC report claims. If climate is as sensitive to solar changes as the above phenomenological
findings suggest, the current anthropogenic contribution to global warming is significantly overestimated. We
estimate that the Sun could account for as much as 69% of the increasing Earth`s temperature, depending on the
TSI reconstruction used.”


Schlußbetrachtungen

Sowohl die früheren Untersuchungen als auch die hier durchgeführte Betrachtung über den Zusammenhang
zwischen der solaren Variabilität und der globalen und hemisphärischen Erwärmung seit 1850 bzw. der mitteleuropäischen
Temperaturentwicklung der letzten 300 Jahre weisen signifikant auf den dominierenden solaren
Einfluss hin. Der real existierende anthropogene Treibhauseinfluss wird auch nach diesen Untersuchungsergebnissen
in den Klimamodellen derzeit noch überschätzt. In Bezug auf den langfristigen solaren Antrieb spielt er
mit hoher Wahrscheinlichkeit nur eine modifizierende Rolle.

Für die Klimazukunft dürfte dem langfristigen solaren Schwingungsverhalten eine essentielle Rolle zukommen.
Betrachtet man die jüngere Klimavergangenheit seit dem letzten Höhepunkt der Kleinen Eiszeit, so wird
deutlich: Der Kaltzeit zum Maunder-Minimum der solaren Aktivität nach 1650 folgte rund 200 Jahre später die
mit dem Dalton-Minimum der Sonnenaktivität verbundene Kaltzeit des 19. Jahrhunderts. Wärmeperioden waren
mit den Phasen erhöhter solarer Variabilität um 1800 und um 2000 verbunden. Dieses zyklische Verhalten
entspricht dem rund 210-jährigen De-Vries-Zyklus, der durch Überlagerung mit dem rund 90-jährigen Gleissberg-
Zyklus der solaren Aktivität periodenartig noch intensiviert werden kann.

Nach Berechnungen von Sonnenphysikern der NASA (http://www.spaceandscience.net/id16.html) besteht eine
große Wahrscheinlichkeit, dass - entsprechend dem aufgezeigten langperiodischen solaren Verhalten - die solare
Aktivität und damit der solare Energiefluss in den kommenden Sonnenfleckenzyklen nachhaltig zurück gehen
wird. Was das bedeutet, haben wir an dem plötzlichen 20%-tigen Rückgang der Sonnenfleckenzahlen der
1960/70er Jahre erlebt. In der Nordpolarregion kam es dabei zu einer drastischen Abkühlung. Die winterliche
Eisdecke auf dem Atlantik breitete sich so weit südwärts aus, dass die Eisbären zu Fuß zwischen Grönland und
Island hätten wandern können. In internationalen Symposien haben wir damals die Frage diskutiert, ob das der
Beginn einer neuzeitlichen Kleinen Eiszeit sei. In den 1980er Jahren stiegen jedoch die Sonnenfleckenzahlen
wieder um 20 % an und damit auch die Temperatur.

Es könnte fatale Folgen haben, nur von einer fortschreitenden treibhausbedingten Erwärmung auszugehen. In
der Menschheitsgeschichte waren es immer die Kaltzeiten, die dem Menschen große Probleme bereitet haben.
Dabei lagen die Bevölkerungszahlen noch weit unter den heutigen bzw. zukünftigen. Aus diesem Grund ist den
Schlussfolgerungen in den früheren Beiträgen zur Berliner Wetterkarte nichts hinzuzufügen.


Literatur

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global observed temperature changes: a new dataset from 1850. J. Geophysical Research
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BMBF „Herausforderung Klimawandel“. 2004: http://www.bmbf.de/pub/klimawandel.pdf
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- Über den Klimawandel in Mitteleuropa seit 1850 und sein Zusammenhang mit der Sonnenaktivität.
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- Die globale Erwärmung seit 1860 und ihr Zusammenhang mit der Sonnenaktivität.
SO 27/02 (2002)
-Die nord- und südhemisphärische Erwärmung seit 1860 und ihr Zusammenhang mit der Sonnenaktivität.
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- Der solare Einfluss auf das mitteleuropäische und globale Klima seit 1778 bzw. 1850. SO
01/07 (2007) – In Memoriam Prof. Richard Scherhag.
- Klimawandel und Klimadiskussion unter der Lupe. Z. für Nachhaltigkeit 5. 2007
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Scafetta; N. and B.J. West: Is Climate Sensitive to Solar Variability. Physics today. (2008)
Svensmark, H. - Cosmic rays and earth`s climate. Space Science Rev. 93 (2000)
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Svensmark, H., Fris-Christensen, E. Reply to Lockwood and Fröhlich – The persistent role of the Sun in climate
forcing. Danish Nat.Space Center. Scientific Report 3/07 (2007)


Daten

Den Temperaturdaten von Basel und Wien liegen die Klimareihen von F. Baur zugrunde, die im Rahmen der
„Berliner Wetterkarte“ (P. Schlaak) fortgeführt und in jüngster Zeit durch Werte aktualisiert wurden, die von
den beiden Stationen direkt zur Verfügung gestellt worden sind.
Die Temperaturdaten von Prag wurden der Internet-Veröffentlichung www.wetterzentrale.de/Klima/ entnommen,
erweitert durch Werte, die von der Station Prag direkt zur Verfügung gestellt wurden.
Die Temperaturreihe von Berlin entspricht der Klimareihe von Berlin-Dahlem, auf die die Beobachtungen von
1701-1908 von J. Pelz reduziert worden sind.
Die globalen Temperaturreihen basieren auf der Internet-Veröffentlichung des Climatic Research Unit, UK.
(www.cru.uea.ac.uk/cru/data)
Die Angaben über die Sonnenfleckenzahlen entstammen der Internet-Veröffentlichung von NOAA
(ftp:/ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_Data/Sunspot_Numbers/Monthly/)
Die Sonnenfleckenzahlen für den Zeitraum 1701-1748 wurden im Rahmen der o.g. Diplomarbeit aus verschiedenen
Quellen ermittelt.

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:: Alfons Baier, Aspekte zur "Klimakatastrophe"
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