Lexikon der Fernerkundung

Klimawandel

Klimawandel (oft syn. zu Klimaänderung) ist eine Veränderung des Zustands des Klimas, die identifiziert werden kann (z.B. mit Hilfe statistischer Methoden) als Veränderungen der Mittelwerte und/oder der Variabilität seiner Eigenschaften. Diese Veränderungen bestehen für eine längere Zeit, typischerweise Dekaden oder länger. Klimawandel kann auf natürliche interne Prozesse oder auf äußere Antriebskräfte oder auf anhaltende (persistente) anthropogene Veränderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre oder der Landnutzung zurückgeführt werden.

Begriffe wie Klimawandel, Klimaänderung oder Klimaschwankung werden von Institutionen oder einzelnen Wissenschaftlern nicht einheitlich gebraucht.

Als Kernaussagen hält der aktuelle IPCC-Bereicht fest: „Die Erwärmung des Klimasystems ist eindeutig, und viele dieser seit den 1950er Jahren beobachteten Veränderungen sind seit Jahrzehnten bis Jahrtausenden nie aufgetreten. […] Der menschliche Einfluss wurde in der Erwärmung der Atmosphäre und des Ozeans, in Veränderungen des globalen Wasserkreislaufs, in der Abnahme von Schnee und Eis, im Anstieg des mittleren globalen Meeresspiegels und in Veränderungen einiger Klimaextreme erkannt.“ (Klimawandel 2013, Physikalische Grundlagen - Hauptaussagen aus der Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger)

Energiegleichgewicht als Schlüssel zu einem stabilen Klima auf der Erde

Der Schlüssel zu einem stabilen Klima auf der Erde ist das empfindliche Gleichgewicht zwischen der Energie, die von der Sonne einströmt, und der Energie, die von der Erde in den Weltraum zurückgestrahlt wird. In unserem derzeitigen Klima ist dieses Gleichgewicht gestört und könnte sogar noch weiter zunehmen. Eine Fortsetzung dieses Ungleichgewichts hätte erhebliche Auswirkungen auf das zukünftige Klima unserer Erde. 

Im vergangenen Jahrhundert haben "Klimatreiber" wie die Emissionen von anthropogenen Treibhausgasen (THG) in die Atmosphäre und Vulkanausbrüche dieses empfindliche Gleichgewicht gestört (IPCC, 2021). Heute strahlt die Erde weniger Energie in den Weltraum ab, als sie von der Sonne empfängt. Dieses Energieungleichgewicht, auch Earth Energy Imbalance (EEI) genannt, ist für die Wärmeakkumulation im Klimasystem verantwortlich und damit die Hauptursache für den Klimawandel. Um zu verstehen, wie sich dieses Ungleichgewicht auf unser Klima auswirkt, sind genaue und globale Messungen der einfallenden und reflektierten Sonnenstrahlung sowie der emittierten und rückgestrahlten Wärmestrahlung erforderlich (s. Abb.). Die jüngsten Schätzungen des EEI in Verbindung mit Beobachtungen anderer "Klimatreiber" haben dem Internationalen Ausschuss für Klimaänderungen der Vereinten Nationen (IPCC) genügend Anhaltspunkte geliefert, um zu dem Schluss zu kommen, dass sich unser Klima bis zum Ende dieses Jahrhunderts mit hoher Wahrscheinlichkeit um 2 °C bis 5 °C gegenüber der vorindustriellen Zeit erwärmen wird, wenn die Treibhausgasemissionen nicht rigoros und schnell reduziert werden (IPCC, 2021).

Energieströme in unserer Atmosphäre für eine Situation im Gleichgewicht (links)
und eine Situation, die aus dem Gleichgewicht geraten ist (rechts) Energieströme in unserer Atmosphäre für eine Situation im Gleichgewicht (links)<br> und eine Situation, die aus dem Gleichgewicht geraten ist (rechts)Quelle: EUMETSAT

Beobachtung des energetischen Ungleichgewichts der Erde (EEI)

Das Energieungleichgewicht der Erde kann durch eine Bestandsaufnahme der Wärmeveränderungen in den verschiedenen Reservoiren des Klimasystems - nämlich der Atmosphäre, dem Land, der Kryosphäre und dem Ozean - geschätzt werden. Da die Ozeane den größten Teil (~90 %) der überschüssigen Energie in Form von Wärme absorbieren, sind Veränderungen des Wärmeinhalts der Ozeane (OHC) ein genauer Indikator für das EEI.

Die Aufnahme von Wärme durch die Ozeane führt zu einem Temperaturanstieg und einer Ausdehnung des Wassers. In den letzten beiden Jahrzehnten hat dieser Prozess der thermischen Ausdehnung etwa 35 % des globalen Meeresspiegelanstiegs verursacht. Die Hauptursache für den Anstieg des Meeresspiegels (ca. 65 %) ist jedoch die Zunahme der Ozeanmasse aufgrund des Abschmelzens von Gletschern und Eisschilden, von denen die Gletscher auf Grönland und in der Antarktis die wichtigsten sind. Daher sind Änderungen des globalen Meeresspiegels, wenn sie um den Beitrag der Gletscherschmelze an Land korrigiert werden, ein guter Indikator für Änderungen des Wärmeinhalts der Ozeane (s. Abb. unten). Satellitenbeobachtungen ermöglichen es uns, den durch Massenschwankungen verursachten Anstieg des Meeresspiegels von dem durch thermische Ausdehnung verursachten Anstieg zu trennen. Dazu muss man zwei Arten von Satellitenbeobachtungen kombinieren. Erstens weltraumgestützte Altimetriemessungen, um Veränderungen des Meeresspiegels zu beobachten. Zweitens weltraumgestützte Gravimetriemessungen zur Beobachtung von Veränderungen der Ozeanmasse.

Hauptursachen des Meeresspiegelanstiegs im Industriezeitalter
im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter Hauptursachen des Meeresspiegelanstiegs im Industriezeitalter im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter Quelle: EUMETSAT

Copernicus Klimadienst

Mit dem Aufbau des Copernicus Klimadienstes (Bezeichnung in der GMES-Verordnung: „Überwachung des Klimawandels zur Unterstützung von Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel und zur Eindämmung seiner Folgen“) stellt die EU Klimainformationsdienste bereit. Diese werden globale, europäische und nationale Entscheidungsträger bei der Erfassung und Bewertung des Klimawandels und seiner Folgen wie auch bei der Entwicklung von Strategien und politischen Maßnahmen zur Anpassung („Adaptation“) an die Folgen des Klimawandels und zur Abschwächung („Mitigation“) der Emission klimarelevanter Spurengase unterstützen. Der Copernicus Klimadienst soll im Kontext der von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und weiteren UN Organisationen vorangetriebenen Initiative „Global Framework for Climate Services“ als wesentlicher europäischer Beitrag eingepasst werden. Der Copernicus Klimadienst wird von ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) geführt werden.

Die Informationsprodukte des Copernicus Klimadienstes sollen auf der Integration von Daten aus satelliten- und bodengestützter Erdbeobachtung, von Re-Analysen numerischer Wettervorhersagemodelle und von globalen und regionalen Klimasimulationen aufbauen. Produkte für die Überwachung des Klimawandels und seiner Folgen sollen zum einen Zeitreihen der von GCOS („Global Climate Observing System“) definierten „Essential Climate Variables“ (ECV) der Erdbeobachtung umfassen. Zum anderen soll damit auch die Modellierung der Wechselwirkung relevanter Parameter der verschiedenen Komponenten des Erdsystems als Basis für Klimasimulationen für Zeiträume von Jahreszeiten über Dekaden bis zu einem Jahrhundert unterstützt werden.

Das Wärmerekordjahr 2016 im Rahmen der Anomalien seit 1880

Anomalies are with respect to the 20th century average

Das Wärmerekordjahr 2016 im Rahmen der Anomalien seit 1880

Mit dem Beitrag von acht aufeinanderfolgenden hohen monatlichen Temperaturrekorden, die von Januar bis August aufgestellt wurden, und dem Rest der Monate, die zu den fünf wärmsten zählten, wurde 2016 das wärmste Jahr in der 137-jährigen NOAA-Reihe. Bemerkenswerterweise ist dies das dritte Jahr in Folge, in dem ein neuer globaler Jahrestemperaturrekord aufgestellt wurde.

Die durchschnittliche globale Temperatur über Land- und Ozeanoberflächen lag 2016 um 0,94 °C über dem Durchschnitt des 20. Jahrhunderts von 13,9 °C und übertraf damit den bisherigen Wärmerekord von 2015 um 0,04 °C. Die globalen Temperaturen im Jahr 2016 wurden vor allem durch starke El Niño-Bedingungen beeinflusst, die zu Beginn des Jahres herrschten.

Quelle: NOAA/NCDC / NOAA/NCDC

Laut einer Analyse des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA war die globale durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde im Jahr 2020 zusammen mit 2016 das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen. Eine separate Analyse der NOAA kam zu dem Schluss, dass 2020 das zweitwärmste Jahr in ihrer Aufzeichnung war, hinter 2016. Die NOAA-Wissenschaftler verwenden für ihre Analyse größtenteils dieselben Temperatur-Rohdaten, haben aber einen anderen Basiszeitraum (1901-2000) und eine andere Methodik. Wissenschaftler des europäischen Copernicus-Programms sehen 2020 ebenfalls als das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen, während das britische Met Office das Jahr 2020 als das zweitwärmste einstuft.

Die Verfolgung der globalen Temperaturtrends ist ein wichtiger Indikator für die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten - insbesondere der Treibhausgasemissionen - auf unseren Planeten. Die Durchschnittstemperatur der Erde ist seit dem späten 19. Jahrhundert um mehr als 1,2 Grad Celsius angestiegen.

Karte der globalen Temperaturanomalien für das Jahr 2020

Karte der globalen Temperaturanomalien für das Jahr 2020

Die Karte zeigt nicht die absoluten Temperaturen, sondern wie viel wärmer oder kühler jede Region der Erde im Vergleich zum Basisdurchschnitt von 1951 bis 1980 war.

Die letzten sieben Jahre waren die wärmsten sieben Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen und sind typisch für den anhaltenden und dramatischen Erwärmungstrend. Ob ein Jahr ein Rekord ist oder nicht, ist eigentlich nicht so wichtig; wichtig sind die langfristigen Trends. Bei diesen Trends und mit dem zunehmenden Einfluss des Menschen auf das Klima müssen wir damit rechnen, dass weiterhin Rekorde gebrochen werden.

Quelle: NASA Earth Observatory

Weitere Informationen:

Pfeil nach linksKlimatologie und FernerkundungLupeIndexKnowledge Centre on Earth Observation (KCEO)Pfeil nach rechts