ETH-Klimablog - Klimaforschung - Das Klima «sieht» so aus. Vielleicht. (Teil 1)

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Das Klima «sieht» so aus. Vielleicht. (Teil 1)

16.05.2013 von

Die Wissenschaft macht Unsichtbares sichtbar. Man könnte sogar noch weiter gehen: Die Forschung «muss» geradezu visualisieren. Sei es, weil sie das Anschauliche längst hinter sich gelassen hat, sei es, weil das Anschauliche noch gar nicht eingetroffen ist. Das stellt die Visualisierung vor besondere Herausforderungen.

Vielleicht begann alles mit «Earth Rise», dem Bild der aufgehenden Erde, 1968 von den Astronauten der Apollo 8 aufgenommen. Oder auch mit «Blue Marble», die Erde freigestellt in der endlosen Schwärze des Raumes, eingefangen 1972 von Apollo 17. Damals noch eine analoge Fotografie, bezeichnet «Blue Marble» heute ein Mosaik der NASA aus digitalen Satellitenaufnahmen. Ein synthetisches Bild gewissermassen, nicht echt im ursprünglichen, im analogen Sinne. Doch ob echt oder nicht: Die Bilder wurden zu visuellen Stereotypen: Visiotypen eines blauen, fragilen Planeten. Und sie machten vor allem eines: das (bislang) Unsichtbare sichtbar.

Gezwungen zu visualisieren

Figur 1: Klimamodelle machen sichtbar, was noch nicht eingetroffen ist. Die Visualisierung stammt aus «ETH Climate Science Visuals».

 

Vor dieser Herausforderung steht auch die Klimaforschung: Der Klimawandel per se ist kaum sichtbar, denn eine Veränderung der globalen Mitteltemperatur etwa (wir erinnern uns: ca. 0.74 Grad Celsius im 20. Jahrhundert) ist nicht direkt sicht- oder spürbar. Anders ausgedrückt: Der Klimawandel kommt, entgegen der medialen Wahrnehmung, auf leisen Sohlen – meist durch die Hintertür.

Wir nehmen den Klimawandel also fast immer indirekt wahr, oft unbewusst und kaum systematisch. Dieser Mangel an visueller Evidenz, gepaart mit dem Charakter der Langfristigkeit, ist – wir mutmassen hier – mitverantwortlich, dass dem Klimawandel in der Politik nicht die gebührende Priorität eingeräumt wird. Wie auch immer, klar ist: Visualisierungen bilden den Kommunikationskanal der Klimaforschung schlechthin, ganz egal, ob Wissenschafter untereinander oder mit der Öffentlichkeit kommunizieren. Wissenschaftskommunikation geschieht hier also oft visuell. Entsprechend sorgfältig und professionell ist damit umzugehen. Das ist nicht immer der Fall.

Handlungsbedarf besteht

Im Zentrum einer der grössten Vertrauenskrise in der Klimaforschung stand nämlich eine Visualisierung: die Hockeyschläger-Kurve. Die Kurve zeigt eine Rekonstruktion der nordhemisphärischen Temperatur des letzten Jahrtausends, mit einem starken Anstieg der Temperatur im letzten Jahrhundert. Ihre Form erinnert an einen Hockeyschläger1. Um die Kurve entbrannte nach der Publikation ein heftiger wissenschaftlicher und öffentlicher Streit, wobei rückblickend weniger die methodischen Details interessieren, sondern vielmehr die heikle Gratwanderung zwischen der Wissenschaftlichkeit einer Abbildung auf der einen und deren Verständlichkeit auf der anderen Seite. Kurz: Die Darstellung wurde zur Ikone – im positiven wie negativen Sinn.

Alter Kaffee? Keineswegs, denn Geschichte tendiert zur Wiederholung. Weitere Herausforderungen stehen an, wie folgendes Beispiel zeigt:

Sinn und Zweck entscheiden

Der globale Temperaturanstieg stagniert seit ungefähr 15 Jahren. Die Wissenschaft ist von diesem Befund nicht prinzipiell überrascht, unter anderem deshalb nicht, weil ein solches kurzfristiges Verhalten der Temperatur auch in Klimamodellen auftritt. Allerdings nur, wenn man einzelne Modelle betrachtet. Werden hingegen verschiedene Modelle gemittelt, erweckt dies in den entsprechenden Abbildungen den Eindruck eines stetigen Anstiegs der globalen Mitteltemperatur, den es so nicht gibt. Das hat die Wissenschaft zwar auch nie gemeint, wurde in der Öffentlichkeit aufgrund solcher Abbildungen aber so wahrgenommen (Figur 2).

 

 

Figur 2: Falsch wahrgenommen: Oben: Die Änderung der globalen Mitteltemperatur (Zeitraum 1850 – 2100) variiert in einzelnen Klimamodellen von Jahr zu Jahr (hellgraue Linien). Die Kurvenverläufe zeigen mitunter auch Perioden der Abkühlung oder der Temperaturstagnation. Erst das Mittel der Modellläufe erweckt den Eindruck eines stetigen Temperaturanstieges, den es in dieser Form nicht gibt (schwarze Linie). Trotzdem ist diese Kurve visuell einprägsamer – die grauen Spaghetti-Kurven wirken unübersichtlich und für Laien wenig durchschaubar. Unten: Visuell intuitiver ist die Dichteverteilung der gleichen Modellläufe (schwarz: hohe Dichte, das heisst hohe Konzentration an Modellläufen, weiss: tiefe Dichte). Alle Modelle zeigen die Änderung der globalen Mitteltemperatur bezüglich der Referenzperiode 1986 – 2005 (es wären auch andere Referenzperioden denkbar). Deshalb ist die Dichte in diesem Zeitraum am höchsten. Klimaszenario: hohes Emissionsszenario (sog. RCP8.5-Szenario).

Visuelle Missverständnisse wie in Figur 2 treten in der Wissenschaftskommunikation immer wieder auf. Und werden damit zu unserem Problem. Es gibt sie nämlich, die visuellen Sünden. Aber diese müssen nicht sein, denn oft lassen sich solche Stolpersteine einfach vermeiden, wie ich im zweiten Teil dieses Blogbeitrags nächste Woche zeige.

Quelle

1 Mann, M. E., 1999: Northern hemisphere temperatures during the past millennium: Inferences, uncertainties, and limitations, Geophysical Research Letters.

Zum Autor

Dr. Oliver Stebler ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur für Klimaphysik. An diesem Blog-Beitrag mitgewirkt und mitgedacht haben auch: Prof. Reto Knutti, Dr. Jan Sedláček und Dr. Markus Huber.





Kommentare (10) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Lieber Herr Spreng

Vielen Dank für Ihre Rückmeldung: Es freut mich, dass Ihnen unsere Beiträge gefallen haben.

Wir werden an weiteren Visualisierungen arbeiten und – sobald verfügbar – selbstverständlich auch wiederum online publizieren (http://vimeo.com/user12523377/videos).

Es entspricht übrigens auch unserer Erfahrung, dass solche Visualisierungen von einem interessierten Publikum gut aufgenommen werden. Aktuelles Beispiel dafür ist die Sendung nano auf 3sat vom Freitag, 24.5.2013 (http://www.3sat.de/page/?source=/nano/umwelt/169938/index.html).

Freundliche Grüsse
Oliver Stebler

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Lieber Herr Stebler
Ihre blogs haben mir sehr gut gefallen. Vielen Dank. Eine kleine Frage: Haben Sie eine schöne Visualisierung der geringen vertikalen Ausdehnung der Atmosphäre, verglichen mit dem Durchmesser der Erde?
Eine solche Darstellung würde einem Laienpublikum doch recht gut zeigen, wie verletzlich die Atmosphäre , die dünne Haut der Erde, ist. Und wenn Sie so was haben, dann wäre ich sehr froh um eine Kopie.
Es grüsst Sie freundlich
Daniel Spreng

Prof. Daniel Spreng
@ CEPE, ETHZ, Zürichbergstrasse 18
CH-8032 Zürich

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„Der Klimawandel kommt, entgegen der medialen Wahrnehmung, auf leisen Sohlen …“

Sieht ganz so aus, als würden diese Sohlen zunehmend leiser.
Eine Klimasensititivität (TCR) von 1.3°C …

http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo1836.html

Offenbar nähern wir uns Schritt für Schritt der (wenig alarmierenden) Realität.

Debatten hier …

http://judithcurry.com/2013/05/19/mainstreaming-ecs-2-c

hier …

http://www.thetimes.co.uk/tto/opinion/columnists/article3769210.ece

und hier …

http://wattsupwiththat.com/2013/05/19/new-paper-shows-transient-climate-response-less-than-2c

Auf „leisen Sohlen“ nähert sich vor allem das absehbare Ende des Alarmismus.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 2 Daumen runter 7

Herr Palmer,
für einen Vergleich von Vorhersage und Messungen muss man nicht 50 oder 100 Jahre warten, seit mehr als 30 Jahren gibt es Modellvorhersagen zur Klimaentwicklung, seitdem also auch Vergleiche mit Messungen, siehe z.B. http://www.realclimate.org/index.php/archives/2013/02/2012-updates-to-model-observation-comparions/
oder http://www.skepticalscience.com/contary-to-contrarians-ipcc-temp-projections-accurate.html

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 6 Daumen runter 2

Vielleicht gibt es nicht nur bei den Medien sondern auch in der Klimawissenschaft eine Tendenz, gefährliche Entwicklungen in die unmittelbare Zukunft zu positionieren, weil sie nur dann als relevant betrachtet werden. Dies könnte beispielsweise den folgenden Hymalaya-Fehler erklären: Section 10.6.2 of the Fourth Assessment Report (AR4) states, “the likelihood of [the Himalayan Glaciers] disappearing by the year 2035 and perhaps sooner is very high if the Earth keeps warming at the current rate.”
Die Jahreszahl 2035 ist dermassen absurd, dass jeder Leser, selbst ein glaziologischer Laie, erkennen müsste, dass dies unmöglich ist, sind doch bis 2035 nicht einmal alle Schweizer Gletscher abgeschmolzen. Doch diese Passage wurde sicherlich mehrmals durchgelesen bevor sie publiziert wurde. Der Fehler schlüpfte eben deshalb durch, weil selbst kritische Leser von einer Bedrohung durch den Klimawandel in den nächsten Jahrzehnten ausgehen.

Doch in letzter Zeit gab es verschiedene Meldungen aus der Wissenschaft, die dem Klimawandel eine langsamere, dafür viel länger anhaltende Wirkung attestieren, als bisher: Al Gore sprach noch von 5 Metern Meeresspiegelerhöhung bis Ende des 21. Jahrhunderts, doch heute wird es zunehmend klar, dass 5 Meter Meeresspielgeerhöhung zwar möglich sind, der Meeresspiegel aber über mehrere hundert Jahre steigen wird.
Auch die Annahme, dass sich die Oberflächentemperatur praktisch paralllel mit der Zunahme der atmosphärischen Treibhausgasmenge entwickelt, scheint mir gewagt, denn nur schon wenn ein Grossteil der Wärme zuerst im oberflächlichen, dann auch in den tieferen Ozean diffundiert, muss das überhaupt nicht mehr so sein und die Zeitskalen, in denen die Oberflächentemperatur steigt, dehnen sich in die Länge. Veränderung der Erdoberfläche (Begrünung im Norden, eisfreie Arktis) schreiten ebenfalls langsam voran und erhöhen die Erwärmung. Die Klimasensitivität kann trotz diesem langsamen Prozess 3°C betragen. Es dauert nur länger.

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„Visuelle Missverständnisse wie in Figur 2 treten in der Wissenschaftskommunikation immer wieder auf. Und werden damit zu unserem Problem. “
Das visuelle Missverständnis besteht hauptsächlich darin, dass man dem Publikum solche theoretischen Ableitungen vorsetzt und damit suggeriert, dass der Temperaturverlauf so ist und sein wird, ohne klar zu machen, dass es sich nicht um tatsächlich gemessene Temperaturen handelt und dass die Projektionen in die Zukunft reine mathematische Spielerei sind. Aber wer wird sich in 50 oder 100 Jahren noch an diese Projektionen erinnern und sie an der Realität messen?

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Warum gibt es eine Klimapolitik nur in einigen wenigen Ländern, nicht aber weltweit und warum erhält man den Eindruck, die Klimapolitik beginne erst gerade – vielleicht nach der nächsten Konferenz?

Die hier geäusserte Vermutung „Wir nehmen den Klimawandel also fast immer indirekt wahr, oft unbewusst und kaum systematisch. Dieser Mangel an visueller Evidenz, gepaart mit dem Charakter der Langfristigkeit, ist – wir mutmassen hier – mitverantwortlich, dass dem Klimawandel in der Politik nicht die gebührende Priorität eingeräumt wird. „ ist meiner Ansicht nach tatsächlich ein wichtiger Teilgrund. Die Langfristigkeit des Problems und die Lokalität allen Handelns sind wohl die stärksten Hemmnisse für eine globale Klimapolitik.
Lokaliät allen Handelns bedeutet, dass jedes souveräne Land vor allem auf die Entwicklungen in seiner unmittelbaren Umgebung reagiert. Und dass es die Gegebenheiten ausnutzt. Nur schon weil China und Indien über grosse Kohlevorräte verfügen ist das für diese Länder auch ein Grund diese zu nutzen. Das gleiche für alle anderen Länder im Besitz von fossilen Rohstoffen.

Die Langfristigkeit des Problems ist vielleicht noch ein wichtigerer Grund für fehlendes Handeln. Vor allem weil langfristiges Planen über viele Jahrzehnte hinweg bei Nationen bis jetzt kaum je vorkam. Immer wieder werden die Länder dagegen mit unvermuteten Problemen konfrontiert – wie z.B. heute der Eurokrise. Aendern könnte sich dass, wenn die Sicherheit sehr gross wäre, dass das Klimaproblem tatsächlich auf lange Frist zu einer erheblichen Gefahr wird. Doch gerade der jetztige Stillstand der Temperaturen macht die Zukunft recht offen und die Gefahren verschwimmen damit im Ungewissen.

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„Dieser Mangel an visueller Evidenz, gepaart mit dem Charakter der Langfristigkeit, ist – wir mutmassen hier – mitverantwortlich, dass dem Klimawandel in der Politik nicht die gebührende Priorität eingeräumt wird.“

Wenn es an visueller (gefühlter) Evidenz und an messbarer Wirkung fehlt, wie wird eine „gebührende Priorität“ (alternativ auch als „dringender Handlungsbedarf“ ) dann abgeleitet? Wohl nur mit Hilfe hypothetischer Überlegungen und Spekulationen.

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Sehr geehrter Herr Dr. Stebler,

ob sich Manns Hockeystick als Problemfall „visueller Kommunikation“ abhandeln lässt? Als Ruhmesblatt wird die Arbeit kaum in die Wissenschaftsgeschichte eingehen.

Zu Ihrer Grafik, Figur 2. Sie schreiben: „Alle Modelle zeigen die Änderung der globalen Mitteltemperatur bezüglich der Referenzperiode 1986 – 2005“

Stott et al 2013 Environ. Res. Lett. 8 014024 doi:10.1088/1748-9326/8/1/014024 kommen für die Referenzperiode zum Schluss:

„The upper end of climate model temperature projections is inconsistent with past warming“ und …

„We show that the observed evolution of near-surface temperatures appears to indicate lower ranges (5–95%) for warming (0.35–0.82 K and 0.45–0.93 K by the 2020s (2020–9) relative to 1986–2005 under the RCP4.5 and 8.5 scenarios respectively) than the equivalent ranges projected by the CMIP5 climate models (0.48–1.00 K and 0.51–1.16 K respectively)“

http://iopscience.iop.org/1748-9326/8/1/014024

Darf man annehmen, dass es sich bei den die Erwärmung übertreibenden Klimamodellen um jene handelt, die von einer (zu) hohen CO2-Sensitivität ausgehen?
Allerdings folgen inzwischen nur noch die wenigsten Modelle der beobachteten Temperaturkurve. Bleibt sie in den nächsten Jahren +/- gleich, wird die Differenz mit jedem Jahr augenfälliger.

Ein Modell, dass die diversen Erwärmungs- und Abkühlphasen seit 1850 darzustellen in der Lage ist, ist mir nicht bekannt. Könnten Sie es bitte nennen?

Zur gegenwärtigen Stagnation oder Abkühlung sagen Sie: „Die Wissenschaft ist von diesem Befund nicht prinzipiell überrascht …“

Mag sein, aber sollte dann eine ähnlich beschwichtigende Aussage nicht auch für die letzte Erwärmungsphase gelten?

Erst recht wenn man statt der unzuverlässigen Oberflächendaten (Hadcrut/GISS) die weit verlässlicheren Satellitendaten beizieht: da zeigt sich die Stagnation schon deutlich länger.

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Sehr geehrter Herr Dr. Stebler,
Die Dichteverteilung aller Modellläufe führt sicher weniger in die Irre, weil sie keinen Pfad vorgibt, dem die Temperatur folgen soll.
Sollte die gemessene Temperatur aber irgendwann in den weissen Bereich der Dichteverteilung vorstossen, so wird fast noch deutlicher, dass die Modelle alle falsch liegen. Nicht dass ich das erwarte, aber ausschliessen kann man es nicht, denn die Physik des Erdsystems ist so komplex, dass man sich wohl nicht wundern muss, wenn die heutigen Modelle die Entwicklung der Temperatur noch nicht korrekt wiedergeben können. Und die zu erwartende Schlussfolgerung vieler, die Klimasensitivität müsse viel geringer sein als in allen Modellen angenommen, könnte immer noch falsch sein. Aus Modellsicht ist aber das untere Diagramm sicher aussagekräftiger.

Am meisten würde ich eigentlich von einer Gegenüberstellung von Modell und gemessenen Daten erwarten. Oder von einer Interpretation der gemessenen Temperaturen in Bezug auf beeinflussende Faktoren, wie es im Klimalounge-Beitrag Globale Temperatur 2012 gemacht wird, wo in Abbildung 5, die Effekte von El-Nino, Vulkanen und Sonnenzyklen aus den gemessenen Daten herausgerechnet werden.

Sehr wertvoll wäre es auch, wenn Grössen, die eine entscheidende Rolle für die Klimamodellierung spielen direkt gemessen werden könnten. Dazu gehört etwas das Radiative Forcing. Doch die Messgenauigkeit scheint für existierende Satelliten wie CERES nicht hoch genug zu sein um damit die Modellannahmen zu validieren.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 3 Daumen runter 1

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