Fakt ist: Zyklische Ozeanströmungen sorgen zwar für kurzfristige Schwankungen des Klimas, berühren aber den langfristigen, weltweiten Erwärmungstrend nicht

Die Pazifische Dekaden-Oszillation (PDO) ist ein Klimaphänomen mit Schwerpunkt im Nordpazifik (oberhalb von 20 Grad nördlicher Breite). Dabei werden riesige Wassermassen von – offenbar relativ regelmäßig wiederkehrenden Ozeanströmungen – großräumig umgewälzt. Die „Oszillation“ vollzieht sich zwischen sogenannten „warmen“ und „kühlen“ Phasen, die jeweils etwa zehn bis vierzig Jahre dauern.

Den Verlauf der Oszillation beschreibt der sogenannte PDO-Index (siehe Abbildung 1). Für dessen Berechnung wird jeden Monat erfasst, wie sehr die Oberflächentemperatur im Nordpazifik vom Durchschnitt abweicht. Für die „warmen“ Phasen ergeben sich positive Werte und für die „kühlen“ Phasen negative.

Abbildung 1: PDO-Index von 1890 bis September 2022 (monatliche Werte) – rot steht für „positiv“ bzw. „warm“, blau für „negativ“ bzw. „kühl“, die schwarze Kurve ist eine Glättung der Werte; Quelle: NOAA/NCEI

Während einer „warmen“ (bzw. „positiven“) PDO-Phase zeigt der nordwestliche Pazifik außergewöhnlich kühle und der östliche tropische Pazifik relativ warme Oberflächentemperaturen (siehe Abbildung 2). Das Umgekehrte gilt für die „kühle“ (bzw. „negative“) Phase. Die Bezeichnungen „warme“ und „kühle“ Phase beziehen sich also nicht auf den gesamten Pazifik, sondern vor allem auf die jeweilige Temperatur direkt vor der US-amerikanischen Küste und im tropischen Pazifik.

Abbildung 2: Typischer Zustand des Pazifiks während einer „warmen“ (links) und einer „kalten“ Phase der Pazifischen Dekaden-Oszillation (PDO) – besonders warm (rot) bzw. kühl (blau) ist es jeweils direkt vor der Küste Nordamerikas sowie in Höhe des Äquators, hingegen ist im gesamten Pazifik das Bild gemischt. Die Farben zeigen Abweichungen der Oberflächentemperatur an, die Linien Druckverhältnisse und die Pfeile Oberflächenwindrichtungen; Quelle: University of Washington

Die erste wichtige Erkenntnis ist also, dass die Bezeichnungen „warm“ und „kühl“ nur sehr relativ sind und definitiv US-zentriert. (Die PDO wurde erstmals von Steven Hare von der University of Washington beschrieben.)

Noch in anderer Hinsicht sollten die Phasen der PDO nicht allzu wörtlich genommen werden: Die Phasen sind zwar relativ deutlich unterscheidbar, doch auch innerhalb einer „kühlen“ Phase gibt es – wie ein Blick auf Abbildung 1 zeigt – wärmere Jahre und innerhalb einer „wärmeren“ Phase kühlere. So wurde beispielsweise 1999 der Beginn einer „kühlen“ Phase vorhergesagt – 2003 und noch stärker ab 2014 traten dann aber wieder zahlreiche „warme“ Monate bzw. Jahre auf. Wann genau eine „warme“ oder eine „kühle“ Phase beginnt oder endet, ist schwer zu bestimmen.

Treibt die PDO die Erderwärmung?

Gelegentlich wird behauptet, der menschengemachte Klimawandel werde in Wahrheit maßgeblich von der PDO verursacht; so von den beiden damaligen RWE-Mitarbeitern Fritz Vahrenholt und Sebastian Lüning in ihrem Anfang 2012 erschienenen Buch „Die kalte Sonne“. Einer genauen Überprüfung hält diese These nicht stand.

Erstens zeigt Abbildung 1 deutlich, dass „warme“ und „kühle“ Phasen des PDO-Index’ um eine Nulllinie schwanken. Es handelt sich bei der Pazifischen Dekaden-Oszillation insgesamt (wie auch bei anderen zyklischen Klimaphänomenen) lediglich um interne Umverteilungen von Energie im Klimasystem. Solche kurzfristigen Schwankungen können einen langfristigen Entwicklungstrend zwar für gewisse Zeit überlagern. Aber auf den Gesamt-Energiehaushalt der Erde und damit ihre langfristige Erwärmung hat die PDO keinen Einfluss – weil sie selbst keine zusätzliche Energie in das Klimasystem einspeist.

Zweitens ist der Zusammenhang zwischen PDO-Index und globalen Temperaturen alles andere als klar (siehe Abbildung 3). Zwar lassen sich in beiden Datenkurven über gewisse Zeiträume einzelne Korrelationen finden (beispielsweise relativ hohe Werte in den 1930er und frühen 1940er Jahren gefolgt von relativ niedrigen Werten von etwa 1945 bis 1975). Andererseits zeigt der PDO-Index in den vergangenen rund 30 Jahren einen eher negativen Trend. Seit Ende der 1990er lag er sehr lange und teils sehr deutlich im negativen Bereich – die global gemittelte Temperatur an der Erdoberfläche jedoch zeigt einen starken Anstieg mit zahlreichen Rekordjahren nach der Jahrtausendwende. Das widerspricht eindeutig der These, die PDO sei ein maßgeblicher Antrieb des Temperaturanstiegs auf der Erdoberfläche.

Abbildung 3: Entwicklung der global gemittelten Temperatur an der Erdoberfläche (oben) und der Pazifischen Dekaden-Oszillation (unten) seit 1900. Bei Ersterer ist die Abweichung vom Durchschnitt des 20. Jahrhunderts dargestellt, bei Letzterer der sogenannte PDO-Index, der sich aus der Abweichung der pazifischen Ozeanoberflächentemperaturen vom Durchschnitt errechnet. Die Balken zeigen jeweils einzelne Jahre (oben) bzw. Monate (unten), blau dargestellt sind kühlere, rot wärmere Jahre. Die schwarzen Linien zeigen den längerfristigen Trend (oben) bzw. eine Glättung der Daten (unten); Quellen: GISS, University of Washington

Vahrenholt und Lüning versuchten in ihrem Buch, ihre anderslautende Behauptung unter anderem mit einer Grafik zu untermauern – die aber, wie sich bei genauer Betrachtung zeigte, nicht mit wissenschaftlich soliden Methoden zustande gekommen war. (Details dazu haben wir hier in einem Hintergrundpapiererläutert.)

Hat der IPCC die PDO vernachlässigt?

Vahrenholt und Lüning warfen in ihrem Buch dem Weltklimarat IPCC vor, den Beitrag der PDO und anderer natürlicher Klimafaktoren zum steilen Anstieg der Erdmitteltemperatur seit den 1970er Jahren zu ignorieren. Im Ergebnis übertreibe der IPCC angeblich den Beitrag des Menschen zum Klimawandel – und ebenso die Prognosen für die künftige Erderwärmung. Der Weltklimarat, behaupteten sie, habe den falsch analysierten Erwärmungstrend einfach „bis zum Jahr 2100 verlängert“. Vahrenholt und Lüning formulierten sodann eigene Prognosen zur künftigen Entwicklung der PDO (und auch der Sonnenaktivität) sowie darauf fußend eine Prognose zur weiteren (Nicht-)Erwärmung der Erde. Ihr Fazit lautete 2012: Dank einer gerade begonnenen Kühlphase von PDO und Sonnenaktivität werde die global gemittelte Temperatur an der Erdoberfläche „für ein paar Jahrzehnte“ nicht mehr steigen, sondern sogar sinken.

An dieser Argumentationskette war mehrerlei verkehrt:

Erstens berücksichtigt der IPCC interne Klimavariabilität wie die PDO sehr wohl (wie schon Kapitel 9.5.3 von Band I des Vierten IPCC-Sachstandsberichts von 2007 belegte, der fünf Jahre vor (!) dem Vahrenholt/Lüning-Buch erschien). Weltweit beschäftigen sich zahlreiche Forscher laufend mit dem Thema, es ist also alles andere als vernachlässigt. Und selbstverständlich fehlen die Meeresströmungen auch nicht in den üblichen Klimamodellen (ersichtlich in Kapitel 8.4.2 von Band I des 2007er Sachstandsberichtes).

Auch in späteren Reports spielte das Thema selbstverständlich eine Rolle: In seinem Fünften Sachstandsbericht von 2013/14 (siehe dazu AR5, Band 1, Kapitel 9.5.3) und im Sechsten von 2021/22 (siehe AR6, Band I, Kapitel 2.4.5) erläutert der IPCC beispielsweise, dass die Klimamodelle in den vergangenen Jahren die Darstellung von Ozeanströmungen und natürlicher Klimaschwankungen weiter verfeinert haben. Im Sechsten Sachstandsbericht ist der Forschungsstand zur PDO in einem detaillierten Unterkapitel zusammengefasst (IPCC 2021/22, AR6, Band I, Kapitel 3.7.6). Von einer Vernachlässigung der Ozeanströmungen kann überhaupt keine Rede sein.

Zweitens stellten Vahrenholt und Lüning völlig falsch dar, wie der IPCC (und die Forschung generell) Szenarien für die Erderwärmung bis 2100 entwickelt. Diese sind selbstverständlich keine linearen Verlängerungen des Trends vergangener Jahrzehnte. Sondern sie werden aus Annahmen abgeleitet, die der IPCC für den künftigen Ausstoß an Treibhausgasen (und andere Variablen) trifft, und so sorgfältig wie irgend möglich werden verschiedenste Einflussfaktoren, menschliche wie auch natürliche, betrachtet. Nach dieser Methode, die auf physikalischen Modellen fußt, haben Klimaforscher übrigens bereits in den 1970er Jahren die dann folgende Erwärmung bis heute ziemlich präzise vorhergesagt(Sawyer 1972, Broecker  1975) – eine reine Trendfortschreibung hätte zum damaligen Zeitpunkt überhaupt keine Erwärmung ergeben.

Drittens sind die Prognosen der beiden Buchautoren für die Entwicklung der PDO von der Forschung nicht gedeckt. Vahrenholt und Lüning schrieben den PDO-Index der vergangenen Jahrzehnte schematisch einfach bis über das Jahr 2100 fort. „Das ist alles andere als seriös“, sagt Mojib Latif vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel dazu. Er forscht seit den achtziger Jahren über Klimazyklen. Vor einigen Jahren erregte Latif einiges Aufsehen, als er gemeinsam mit vier Kollegen unter Verweis auf natürliche Schwankungen im Klimasystem einen vorübergehenden Stopp der Erderwärmung vorhersagte (Keenlyside et al. 2008). Vahrenholt und Lüning, die eine längere Pause und eine dauerhafte Abschwächung der Erderwärmung behaupten, berufen sich mehrfach auf ihn. Doch Latif betonte in einem späteren Aufsatz (Branstator et al. 2011), keinesfalls könne man die Entwicklung der PDO und anderer Ozeanzyklen über mehr als zehn Jahre verlässlich vorhersagen – und auch anderen Behauptungen von Vahrenholt und Lüning widersprach er ausdrücklich.

Wie verkehrt Vahrenholt/Lüning lagen, zeigt sich am wohl augenfälligsten, wenn man ihre einstigen Prognosen zur Entwicklung der Temperatur an der Erdoberfläche mit den später tatsächlich eingetretenen Werten vergleicht. Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (Transparenzhinweis: Er ist auch Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat von klimafakten.de.) hat dies vor einigen Jahren auf seinem Blog getan.  Ergebnis: Während die Buchautoren einen Rückgang der Temperatur und bis mindestens 2030 niedrige Werte prognostiziert hatten, reihte sich in Wahrheit nach 2015 ein außergewöhnlich warmes Jahr ans andere. Eine Fortschreibung von Rahmstorfs Grafik (hier) macht das Bild noch klarer.

Fazit

Das Klimaphänomen PDO verteilt lediglich Wärme innerhalb des Klimasystems um. Dies kann den gemessenen Langfrist-Trend der Erderwärmung zeitweise überlagern; es können also einzelne Jahre noch heißer ausfallen oder auch etwas kühler, als es allein durch den menschengemachten Temperaturanstieg geschähe. Dies sind aber eher kurzfristige und regionale Temperaturschwankungen. Die langfristige und weltweite Erwärmung des Klimasystems geht unbestreitbar auf den Menschen zurück.

John Cook/Riccardo/klimafakten.de, April 2013;
zuletzt aktualisiert: Oktober 2022