Doch selbst wenn es einmal ein paar Jahre lang keine neuen globalen Temperaturrekorde gibt, kann man nicht sagen, dass die Erde sich abkühlt. Eine solche Behauptung übersähe einige einfache physikalische Realitäten: Landoberfläche und Atmosphäre sind nur ein kleiner Teil des Klimasystems der Erde. Wie aber der Begriff „Erderwärmung“ schon sagt, geht es beim Klimawandel um ein Aufheizen der gesamten Erde. Bei einem Ungleichgewicht zwischen empfangener und abgestrahlter Energie, erwärmt sich das gesamte Klimasystem: Die Atmosphäre heizt sich auf. Die Wärmemenge im Ozean steigt. Die Landoberflächen nehmen Energie auf, auch die Eismassen absorbieren Energie und schmelzen. Für eine Gesamtbetrachtung der Erderwärmung, muss jedenfalls die Wärmemenge des gesamten Klimasystems betrachtet werden.
Genau dies leistete vor eine paar Jahren eine Studie US-amerikanischer und britischer Forscher, die den Wärmegehalt von Ozeanen, Atmosphäre, Land- und Eismassen addiert (Murphy 2009). Zur Berechnung des gesamten Wärmehaushaltes der Erde verwendeten die Autoren Daten zum Wärmegehalt der oberen 700 Meter der Ozeane und bezogen außerdem den Wärmegehalt von Wasserschichten bis zu 3000 Metern Tiefe mit ein. Die atmosphärische Wärme bestimmten sie anhand von Daten zur Oberflächentemperatur sowie der Wärmekapazität der Troposphäre, also der untersten 15 Kilometer der Atmosphäre. Auch der Wärmegehalt von Land- sowie der Eismassen (also die zur Eisschmelze erforderliche Energie) wurde einbezogen.
Abbildung 1: Anomalie des Gesamtwärmegehalts der Erde seit 1950 – die blaue Fläche zeigt die Erhitzung der Ozeane, die rote Fläche die von Land und Atmosphäre inklusive der Wärme, die durch schmelzendes Eis absorbiert wird; Quellen: Murphy 2009, Ozean-Daten von Domingues. 2008
Ein Blick auf die Änderung der globalen Wärmemenge zeigt deutlich, dass die Erwärmung auch in den vergangenen Jahren angehalten hat. Warum aber war 1998 in einigen Messreihen der globalen Oberflächentemperatur das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen? In Abbildung 1 ist leicht zu sehen, dass die Wärmemengen von Atmosphäre und Landmassen geradezu winzig sind im Vergleich mit der Wärmemenge in den Ozeanen (die kleine rötliche Fläche enthält dabei sogar noch die Wärme, die durch schmelzendes Eis absorbiert wurde). Wenn also die Ozeane, deren Wassermassen riesige Mengen an Wärme aufnehmen können, auch nur einen kleinen Teil ihrer Energie abgeben, kann das die Temperatur der Atmosphäre und an der Landoberfläche stark verändern.
Im Jahr 1998 sorgte ein außerordentlich starker El Niño dafür, dass der Pazifik viel Wärme an die Atmosphäre abgab. Das Resultat waren überdurchschnittlich hohe Oberflächentemperaturen auf dem Land. Umgekehrt herrschten während der letzten Jahre schwache La-Niña-Bedingungen, was eine abkühlende Wirkung auf die globalen Landtemperaturen hatte. Seit Sommer 2009 geht der Pazifik wieder in einen schwachen El Nino über. Dies fällt mit den höchsten bisher aufgezeichneten Meeresoberflächentemperaturen zwischen Juni und August zusammen. Derartige interne Schwankungen, durch die innerhalb unseres Klimas Wärme umverteilt wird, sind der Grund für die variierenden Oberflächentemperaturen an Land.
Gleitende Mittelwerte helfen bei der Erkennung langfristiger Trends
Bei solch hoher Variabilität greifen Wissenschaftler zu statistischen Mitteln, um langfristige Entwicklungen der Oberflächentemperatur erkennen zu können. Die einfachste Methode, kurzfristige Schwankungen auszuschalten und grundlegende Tendenzen zu ermitteln, ist die Einzeichnung eines gleitenden Durchschnitts. Abbildung 2 (entnommen aus Fawcett/Jones 2008) zeigt einen gleitenden Durchschnitt über elf Jahre, also einen Mittelwert, der aus dem Ergebnis eines bestimmten Jahres sowie je fünf weiterer Jahre davor und danach errechnet wird. Es wurden drei verschiedene Datensätze verwendet: die des amerikanischen Klimadatenzentrums (NCDC), des Goddard-Instituts für Weltraumforschung (GISS) der NASA und des britischen HadCRUT. In keinem der drei Datensätze weist der gleitende Durchschnitt auf eine Umkehrung der Erwärmungstendenz hin.
Abbildung 2: Anomalien globaler Jahresdurchschnittstemperaturen in Grad Celsius zusammen mit ungewichteten gleitenden Mittelwerten für elf Jahre (durchgezogene Linien). Die blauen Kreise stellen die Werte des britischen Hadley-Zentrums dar, die roten Rauten die Werte des GISS der NASA, grüne Quadrate illustrieren die Daten der US-Wetter- und Ozeanographiebehörde NOAA und des NCDC. Die Werte des GISS der NASA und die NOAA- und NCDC-Daten sind in vertikaler Richtung zur besseren Übersicht in Schritten von 0,5 °C dargestellt; Quelle: Fawcett/Jones 2008
Die australischen Forscher Fawcett und Jones suchten sogar gezielt nach einer Abkühlungstendenz in den zehn Jahren nach 1998. Tatsächlich fanden sie in allen drei Datensätzen für den Zeitraum 1998 bis 2007 einen linearen Trend (was man zwar nicht als Abkühlung, aber doch als Stagnation lesen könnte).
Abbildung 3: Lineare Tendenzen (durchgezogene Linien) der drei Zeitreihen zur Darstellung von Anomalien der globalen Jahresdurchschnittstemperatur zwischen 1998 und 2007 – Es fällt auf, dass die Werte von HadCRUT3 eine geringere Erwärmung anzeigen als jene von GISS und NCDC. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die HadCRUT-Daten Teile der Arktis, wo es zu einer verstärkten Erwärmung kam, nicht berücksichtigen; Quelle: Fawcett/Jones 2008
Dieser kommt durch ein außergewöhnlich heißes Jahr 1998 zustande. In ihrer Untersuchung eliminierten Fawcett und Jones den Einfluss der El Niño Southern Oscillation-Kopplung (ENSO), detailliert wird das Verfahren bei Fawcett 2007 beschrieben. Alle drei Datensätze ergeben, dass der 98-er Temperaturrekord auf einen starken El Niño in den Jahren 1997/98 zurückgeht. Nach der ENSO-Anpassung wirkt das Jahr 1998 deutlich weniger auffällig als mit den ursprünglichen Werten. In allen drei ENSO-korrigierten Datensätzen ist das Jahr 2006 das heißeste seit Beginn der Aufzeichnungen, und zwischen 1998 und 2007 zeigt sich deutlich die Tendenz einer Erwärmung.
Neben der El Niño Southern Oscillation-Kopplung (ENSO) gibt es noch weitere natürliche Klimafaktoren, etwa die schwankende Sonnenaktivität oder Staubwolken infolge von Vulkanausbrüchen. Foster&Rahmstorf (2011) haben auch diese Faktoren in einer Analyse aus fünf Datensätzen zur Erderwärmung herausgerechnet (neben Temperaturen von der Erdoberfläche betrachteten sie auch Datensätze zur unteren Troposphäre). Das Ergebnis ist verblüffend: Nach Entfernung dieser natürlich bedingten Kurzzeitschwankungen zeigt sich ein praktisch unveränderter Erwärmungstrend. Eine Kurzzeitbetrachtung ab dem Jahr 1998 ändert nun nichts mehr - zwischen 1979 und 2010 betrug er 0,163 Grad Celsius pro Dekade, zwischen 1998 und 2010 0,155 Grad Celsius pro Dekade.
Abbildung 4: Durchschnitt von fünf verschiedenen Datensätzen zur Temperaturentwicklung der vergangenen Jahrzehnte - nach Eliminierung der natürlichen Klimafaktoren ENSO, TSI und vulkanische Aerosole. Das Jahr 1998 ändert dann nichts mehr am langfristigen Klimatrend; Quelle: Foster&Rahmstorf 2011
War 1998 tatsächlich das heißeste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen?
Doch schauen wir uns zum Schluss noch einmal genauer die Messreihen zur globalen Oberflächentemperatur an. Von den drei Datenbeständen (HadCRUT3, NASA/GISS und NCDC) weist nur HadCRUT3 tatsächlich 1998 als heißestes Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen aus, die anderen beiden Messreihen weisen 2005 (praktisch gleichauf mit 2010) als heißestes bisher dokumentiertes Jahr aus. Wie ist diese Diskrepanz zu erklären?
Im Jahr 2009 analysierte das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) die HadCRUT-Aufzeichnungen. Dabei wurde die globale Temperatur durch eine Vielzahl an Instrumenten ermittelt, beispielsweise durch Oberflächentemperaturmessungen, Messungen von Satelliten, Schiffen oder auch Bojen. Ergebnis: Die Erderwärmung ist eigentlich stärker, als durch die HadCRUT-Daten dokumentiert, da die britischen Aufzeichnungen aus Regionen stammen, die geringere Veränderungen erfuhren als der Planet insgesamt.
Abbildung 5: zeigt die für HadCRUT untersuchten Regionen im Vergleich zu jenen, die in den Datenbestand des ECMWF aufgenommen wurden. Die ECMWF-Analyse ergibt, dass in datenarmen Regionen wie Russland, Afrika und Kanada starke Erwärmungserscheinungen über Land auftreten, die nicht in der Datenerhebung für HadCRUT enthalten sind. Die Einordnung des Jahres 1998 als das
wärmste überhaupt basiert also auf einer nicht vollständigen Erfassung der Erde.
Dieses Ergebnis deckt sich mit anderen Analysen. Laut GISS/NASA, in dessen Statistik das Jahr 2005 als wärmstes seit Beginn der Aufzeichnungen rangiert (gleichauf mit 2010), ist der entscheidende Faktor für diese Bewertung die extreme Erwärmung der Arktis in den vergangenen Jahren (Hansen 2006) genau einer der Regionen, die bei den britischen Kollegen von HadCRUT nur mit wenigen Daten einfließen. Die NASA-Experten versuchen die geringe Zahl von Wetterstationen in der Arktis auszugleichen, indem sie die Temperaturanomalien der nächstgelegenen Messstationen hochrechnen. Die so errechnete deutliche Erwärmung der Arktis stimmt übrigens mit Infrarotsatellitenmessungen und dem Rekordtief der Meereiskonzentration überein.
Abbildung 6: Anomalien der Oberflächentemperatur für die ersten fünf Jahre des 21. Jahrhundert, sehr deutlich ist in dunkelrot die starke Erwärmung in Sibirien und der Arktis erkennbar; Quelle: Hansen 2006
John Cook/klimafakten.de, Stand: Dezember 2011
