ETH-Klimablog - Klimaforschung - Sind Aerosole für den stockenden Temperaturanstieg verantwortlich?

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Sind Aerosole für den stockenden Temperaturanstieg verantwortlich?

04.04.2013 von

Professor Reto Knutti hat in seinem Blogbeitrag «Der Klimawandel pausiert (nicht)» über den stockenden Temperaturanstieg der letzten 15 Jahre und mögliche Ursachen dafür geschrieben. Dabei hat er auch die Aerosole erwähnt; auf diese möchte ich näher eingehen.

Aerosole werden als eine mögliche Erklärung für den stockenden Temperaturanstieg herangezogen, da sie einen Teil des Sonnenlichts zurück in den Weltraum reflektieren. Da stellt sich zuallererst die Frage, wie sich die Aerosolemissionen und -konzentrationen in den letzten 10-15 Jahren verändert haben.

Genaue Angaben über den Ausstoss von Aerosolen fehlen

Diese Frage ist nicht einfach zu beantworten, weil wir in einigen Ländern keine genauen Angaben über die Emissionen von Aerosolen oder ihren Vorläufersubstanzen haben. Es gibt zwar Messreihen von verschiedenen Aerosoleigenschaften an verschiedenen Orten; um aber eine Aussage über die global gemittelten Aerosolkonzentrationen machen zu können, ist ihre räumliche Verteilung nicht genug gut.

Deshalb müssen wir uns auf Satellitenbeobachtungen verlassen, welche die optische Dicke der Aerosole messen. Die optische Dicke ist ein integrales Mass dafür, wie viel Sonnenlicht durch Aerosole reflektiert und absorbiert wird; damit ist es auch ein Mass für den Gesamtgehalt von Aerosolen in der Atmosphäre. Schwierig bei Satellitenbeobachtungen ist jedoch, dass es wegen der heterogenen Beschaffenheit der Erdoberfläche nicht einfach ist, die Aerosole aufzuspüren (Detektion). Trotz dieser Unsicherheit bleibt uns momentan nichts anderes übrig, als dennoch mit diesen Daten zu arbeiten.

Die Satellitendaten zeigen negative Trends in der optischen Dicke der Aerosole über Europa und den östlichen USA in den Dekaden 1990 und 2000 – eine Folge der Luftreinhaltemassnahmen. Zunahmen sind hingegen zu verzeichnen im östlichen und südlichen Asien durch die massive Zunahme des Verbrauchs von Kohle in China.

Nach einer Studie von Hsu et al. (2012) hat die global gemittelte optische Dicke der Aerosole um sechs Prozent zugenommen zwischen 1998 und 2010.

Eine Abschätzung

Ist diese Zunahme von sechs Prozent in der optischen Dicke der Aerosole genug, um den positiven Strahlungsantrieb durch die Treibhausgase zunichte zu machen – und damit den stockenden Klimawandel zu erklären?

Dies möchte ich mit einer einfachen Berechnung versuchen abzuschätzen: Eine Zunahme von sechs Prozent in der optischen Dicke der Aerosole entspricht einer Erniedrigung im Strahlungsantrieb von ungefähr 0.2 Watt pro Quadratmeter. Demgegenüber steht eine Zunahme der CO₂-Konzentration von rund 25 ppm (Teile in einer Million), was 0.33 Watt pro Quadratmeter entspricht. Nimmt man die anderen Treibhausgase hinzu, erhöht sich der Strahlungsantrieb durch Treibhausgase auf 0.6 Watt pro Quadratmeter. Stimmt meine Abschätzung , hätten die Aerosole von 1998 bis 2020 rund ein Drittel der Zunahme des Strahlungsantriebs durch Treibhausgase zunichte gemacht. Diese Abschätzung ist allerdings mit grossen Unsicherheiten behaftet.

Möchte man die Rechnung genauer machen, müsste man die Zunahme von sechs Prozent mit einem Klimamodell simulieren, das die Aerosolemissionen und -konzentrationen über diesen Zeitraum genau widerspiegelt. Denn der Einfluss der Aerosole auf die Strahlung hängt davon ab, ob sie in der Nähe des Äquators oder in mittleren Breiten ausgestossen werden, wo es im Jahresmittel viel weniger Sonnenlicht gibt.

Wirkung der Aerosole reicht als Erklärung nicht aus

Es gibt tatsächlich Anzeichen dafür, dass vor allem auf der Südhalbkugel die am Erdboden ankommende Solarstrahlung leicht abgenommen hat. Demgegenüber steht jedoch, dass die planetare Albedo (ein Mass dafür, wie viel Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektiert wird) in den Jahren 2000 bis 2010 recht stabil geblieben ist (Loeb et al., 2012), und dass keine Änderung im Strahlungsantrieb durch die Aerosole in wolkenfreien Gebieten zu verzeichnen ist (Murphy, 2013).

Abschliessend bleibt somit zu sagen, dass es nicht ausgeschlossen ist, dass die Aerosole teilweise für die Temperaturstagnation der letzten 10 bis 15 Jahre verantwortlich sind. Aber sie alleine reichen als Erklärung nicht aus.

Referenzen
  • Hsu, N. C., et al.: Global and regional trends of aerosol optical depth over land and ocean using SeaWiFS measurements from 1997 to 2010, Atmos. Chem. Phys. 12, 8037–8053, 2012
  • Loeb, G. N., et al: Observed changes in top-of-the-atmosphere radiation and upper-ocean heating consistent within uncertainty, Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO1375, 2012
  • Murphy, D.: Little net clear-sky radiative forcing from recent regional redistribution of aerosols, Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO1740, 2013
Zur Autorin

Ulrike Lohmann ist Professorin für Atmosphärenphysik an der ETH Zürich. Persönliches Zitat und Biografie

 





Kommentare (1) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Sehr geehrte Frau Professorin Lohmann,
Ihre Abschätzung der Zunahme der Aerosolwirkung berücksichtigt die direkte Aerosolwirkung, nicht aber die mögliche indirekte: Aerosole können ja auch die Wolkenbildung begünstigen.

Die planetare Albedo als globales Mass für den absorbierten Anteil der Sonneneinstrahlung scheint dagegen ein geradezu ideales Mittel um die Strahlungsbilanz der Erde zu ermitteln. Doch gerade die Arbeit von Loeb zeigt auch die hohe Unsicherheit/Ungenauigkeit der Messungen, präsentiert er doch als Durchschnitt für die solare Leistungsbilanz der Erde zwischen 2001 und 2010 0.5 +/- 0.43 W pro Quadratmeter mit der Unsicherheit im 90% Konfidenzintervalll. Mit andern Worten: Die Energieaufnahme könnten auch sehr nahe bei 0 W pro Quadratmeter sein. Die Unsicherheiten sind sehr gross.

Überhaupt sind viele Parameter des Erd- und Atmosphärensystems noch sehr ungenau bekannt. In letzter Zeit wurden auch frühere Annahmen, die noch den IPCC-AR4-Bericht geprägt haben stark revidiert. So wird neuerdings der Strahlungsantrieb durch Aersole als kleiner eingeschätzt als in AR4 angenommen.

Damit bleibt der Grund für den Stand-Still der letzten 10 bis 15 Jahre in den globalen Durchschnittstemperaturen nach wie vor unklar. Mir scheint jedoch, dass man mit einer Flotte von geeigneten Erdbeobachtungssatelliten diese Unsicherheiten beseitigen könnte. Besonders vielversprechend erscheint mir CLARREO mit folgender Mission:
„SCIENCE OBJECTIVE: Make highly accurate and SI – traceable decadal change observations sensitive to the most critical but least understood climate radiative forcings, responses, and feedbacks.“

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