Klimakrise untersucht
Die globale Erwärmung beeinflusst das Erdsystem stark – die Klimakrise ist sowohl für die Klimawissenschaft als auch für die Öffentlichkeit von größter Bedeutung. Trotz der jüngsten Fortschritte prognostizieren die Erdsystemmodelle immer noch eine große Bandbreite möglicher Erwärmungsgrade. Daher verwenden die Forscher Naiming Yuan, Christian L. E. Franzke, Feilin Xiong, Zuntao Fu und Wenjie Dong aus China und Korea ein verallgemeinertes stochastisches Klimamodell, um einen Reaktionsoperator abzuleiten, der die globale mittlere Oberflächentemperatur bei bestimmten Antriebsszenarien berechnet, um die Auswirkungen vergangener Emissionen auf die aktuelle Erwärmung zu quantifizieren. Dieser Ansatz ermöglicht es ihnen, systematisch zwischen den „direkten“ und den „indirekten“ Trends zu unterscheiden, die durch das Gedächtnis induziert werden. Ihr Artikel „Der Einfluss des Langzeitgedächtnisses auf die Reaktion des Klimas auf Treibhausgasemissionen“ wurde im Portal npj – climate and atmospheric science veröffentlicht.
„Warming Stripes“ – Klima-Strichcode – Durchschnittstemperaturen in Deutschland von 1881 bis 2017 , von 6.6°C (Dunkelblau) bis 10.3°C (Dunkelrot) © Climate Lab Book
Auf der Grundlage historischer Aufzeichnungen stellen die Wissenschaftler fest, dass die direkte Erzwingungsreaktion schwach ist, während man den größten Teil des beobachteten globalen Erwärmungstrends den indirekten Gedächtnisreaktionen zuschreibt, die sich aus den Emissionen der Vergangenheit angesammelt haben. Im Vergleich zu CMIP6-Simulationen prognostiziert ihr datengesteuerter Ansatz eine geringere globale Erwärmung als in den nächsten Jahrzehnten. ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die CMIP6-Modelle eine höhere vorübergehende Klimasensitivität aufweisen, als es die Beobachtungsdaten vermuten lassen, da sie ein größeres Langzeitgedächtnis haben als die Beobachtungen.
Im Pariser Abkommen von 2015 wurde das Ziel festgelegt, den globalen Temperaturanstieg in diesem Jahrhundert auf 2,0 °C zu begrenzen, während gleichzeitig versucht wird, ein ehrgeizigeres Ziel zu verfolgen, nämlich den Anstieg auf 1,5 °C zu begrenzen. Die Auswirkungen einer Erwärmung um 1,5 und 2,0 °C unterscheiden sich erheblich, wie aus zahlreichen Berichten hervorgeht. Um diese beispiellose Herausforderung zu bewältigen, sind dringend wirksame Maßnahmen erforderlich, und es bedarf zuverlässiger Schätzungen der Reaktion des Klimas auf die anthropogenen Treibhausgasemissionen.
Das globale Klimasystem hat eine enorme Trägheit, wodurch sich die Temperaturreaktion auf Veränderungen der Treibhausgaskonzentrationen verzögert. Mehr als 90 % der aus den anthropogenen Treibhausgasemissionen resultierenden Wärme wird in den Ozeanen gespeichert. Der Ozean kann seinerseits die Lufttemperaturen sowie das gesamte Klimasystem langsam und anhaltend beeinflussen. Selbst wenn jetzt kein Kohlendioxid mehr in die Atmosphäre emittiert würde, oder realistischer ausgedrückt, wenn das Ziel der Kohlenstoffneutralisierung erreicht würde, könnte die globale Temperatur noch Jahrzehnte lang ansteigen, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Für die Schätzung der Gleichgewichtsklimasensitivität (ECS) beispielsweise sind Tausende von Jahren an Modellsimulationen erforderlich, um die ECS zu erhalten, was enorme Rechenressourcen erfordert, aber die Schätzung wäre aufgrund struktureller Modellprobleme immer noch mit einer großen Unsicherheit behaftet. Ein beliebterer Weg als der, Modelle über Tausende von Jahren laufen zu lassen, ist die Schätzung des ECS aus einem kurzen, z. B. 4 × CO2-Klimamodellexperiment unter der Annahme, dass die Beziehung zwischen dem Strahlungsungleichgewicht N an der Oberseite der Atmosphäre (TOA) und der Änderung der globalen mittleren Oberflächentemperatur ?T linear ist (N = F – ??T). Die Tatsache, dass (i) die Reaktion des Klimas nichtlinear ist und (ii) der Rückkopplungsparameter ? über mehrere Zeitskalen hinweg variiert , macht die Schätzung jedoch nach wie vor schwierig. Um bessere Anpassungsstrategien entwickeln zu können, ist es dringend erforderlich zu verstehen, wie die globale Temperatur auf den anthropogenen Strahlungsantrieb reagiert.
Seit Mitte des letzten Jahrhunderts, als das „Hurst-Phänomen“ entdeckt wurde, hat man erkannt, dass viele Klimavariablen durch ein langfristiges Klimagedächtnis gekennzeichnet sind, das für das Verständnis der Trägheit im Klimasystem von Bedeutung ist. Anders als das Kurzzeitgedächtnis, das die Persistenz eines bestimmten Prozesses auf Wetterskalen (d.h. einige Tage bis etwa zwei Wochen) beschreibt, stellt das Langzeitgedächtnis des Klimas das Skalierungsverhalten mehrerer Prozesse auf unterschiedlichen Zeitskalen dar. Diese Kaskade zeigt, wie sich Prozesse auf mehreren Skalen gegenseitig beeinflussen, d. h. schnelle Prozesse können langsame Prozesse zu Veränderungen zwingen, während langsame Prozesse die Variationen schneller Prozesse auf einer längeren Skala modulieren können20. Folglich zeichnen sich Zeitreihen mit skalierendem Verhalten dadurch aus, dass sie auf viel längeren Zeitskalen bestehen bleiben. Diese Eigenschaft wird als Langzeitgedächtnis bezeichnet. Auf der Grundlage der klassischen Theorien der Brownschen Bewegung und des Random Walk wurden in den letzten Jahrzehnten verschiedene Ansätze wie die Fluktuationsanalyse (FA) und die Detrendierte Fluktuationsanalyse (DFA) entwickelt und weithin verwendet, um die Stärke des langfristigen Klimagedächtnisses in verschiedenen Klimavariablen zu quantifizieren, die von der Oberflächenlufttemperatur, der Meeresoberflächentemperatur und dem Niederschlag bis hin zur relativen Luftfeuchtigkeit16, dem Meeresspiegel und der allgemeinen atmosphärischen Zirkulation reichen…
->Quelle und Originalpublikation: Naiming Yuan, Christian L. E. Franzke, Feilin Xiong, Zuntao Fu & Wenjie Dong: The impact of long-term memory on the climate response to greenhouse gas emissions, in: npj Climate and Atmospheric Science volume 5, Article number: 70 (2022) – doi.org/10.1038/s41612-022-00298-8, nature.com/articles/s41612-022-00298-8, open access