Thursday, January 6, 2011

Eine skeptische Nachfrage von unserem Leser Dr. Frank Bosse

 
Im Folgenden veröffentlichen wir einen Beitrag unseres Lesers Dr.-Ing. Frank Bosse, der technisch gebildet ist aber keine besondere Ausbildung in Klimafragen hat.  Er ist über einen Sachverhalt gestolpert und möchte sein Resultat diskutiert sehen. Da wir denken, dass dies ein gutes Beispiel ist, wo eine direkte Kommunikation zwischen Laien und Klimaforschern Sinn macht, veröffentlichen wir diesen Beitrag hier. Wir bitten um kritische aber faire Kommentierung – zunächst der quantitativen Analyse und dann der präsentierten Folgerung. 

Wenn wir dies hier veröffentlichen, heisst dies nicht, dass wir die geäußerte Meinung für richtig halten, sondern nur dass wir meinen, dass dieser Beitrag eine interessante Diskussion initiieren könnte. – Hans von Storch



Was könnte uns der zonale Temperaturverlauf verraten ?

von Dr. Frank Bosse


Untersuchen wir den Temperaturverlauf der letzten 160 Jahre und versuchen, ihn auf Ursachen zurückzuführen, kann eine zonale Differenzierung hilfreich sein. Für die folgenden Betrachtungen werden 3 monatliche Reihen benutzt:

R1:    die globale Temperaturreihe („globals“)
R2:     die Reihe der monatlichen Differenzen zwischen den Temperaturen der Nordhalbkugel (NH) nördlich 30 Grad nördlicher Breite und den Temperaturen der Südhalbkugel (SH) südlich 30 Grad südlicher Breite.
R3:     Die Reihe der monatlichen Differenzen R1-R2

Ziel dieses Vorgehens ist es, die Beeinflussung der globalen Temperaturreihe (R1) durch ein „Gegentaktsignal“ (R2) und ein „Gleichtaktsignal“ (R3) nachzuweisen. R2 ist auf Faktoren zurückzuführen, die auf den Hemisphären unterschiedlich wirken. R3 ist auf Faktoren zurückzuführen, die auf beide Halbkugeln gleich wirken, da die hemisphärischen Unterschiede durch die Subtraktion von den „globals“ eliminiert werden. Wirkkomponenten von R3 können Treibhausgase sein, da die Konzentration des CO2  als vorrangiges klimawirksames Gas global stets nahezu ausgeglichen ist. Daneben wird R3 durch solare Einflüsse, vulkanische und industrielle Aerosole bestimmt.

Abbildung 1: Der Verlauf der globalen Temperatur ( R1, rot), der Differenz zwischen der Nordhemisphäre und der Südhemisphäre (ohne Tropen) „NH-SH“ (R2, blau) und der Differenz zwischen R1 und R2 (R3, grün) . Daten aus dem HADCRUT3 Datensatz.

In Abbildung 1 erkennen wir einen der atlantischen multidekadischen Oszillation AMO, recht ähnlichen Verlauf von R2 (blau).

Wenn wir den Verlauf von R1 (rot) und R2 (blau) seit 1860 betrachten fällt auf, dass es zwei Zeiträume eines markanten Anstieges von R2 gibt: 1918 - 1929 und 1985 - 2005.  R1 folgt diesen Phasen jeweils. In den übrigen Zeiträumen erkennen wir die Einflüsse von R3 (grün). Bis 1918 ist dies recht augenfällig. Nach 1930 wird R1 durch R3 weiter getrieben und folgt dem Verlauf von R3 bis 1963. Nach 1985 folgt R1 dem Verlauf von R2, das in dieser Zeit dominiert wird von der einsetzenden Erwärmung der NH.

Der Verlauf während des modernen Steigens der Temperaturen seit 1985 lässt die Kopplung an die Erwärmung der NH (ansteigende AMO-Phase) sehr deutlich erkennen. Dies könnte recht wahrscheinlich ein natürliches Verhalten sein, da das Forcing insbesondere durch global ausgeglichene Treibhausgase nicht über einen Zeitraum von 25 Jahren die gezeigte unsymmetrische Wirkung auf die Temperaturen der Hemisphären ausüben sollte.

Messprobleme (u.a. Urban Heat Island effect) sind auszuschließen, da sich auch bei der Verwendung der satellitengestützten  Datenreihe von UAH; ab 1980 ein sehr ähnlicher Verlauf darstellt.  Die Verwendung einer 3-zonalen GISS- Reihe ab 1880 zeigt ein gleichartiges Ergebnis.

Der Einfluss durch R3 (gleichmäßig auf beide Hemisphären) wirkte gerade in einem Zeitintervall; besonders stark, das sich beim bloßen Betrachten der globalen Temperaturreihe kaum erschließt: 1965-1974, in dem die Temperatur der SH trotz der thermischen Trägheit der großen Wasserflächen in relativ kurzer Zeit um ca. 0,5K stieg (Abbildung 2).


Abbildung.2: Der monatliche Temperaturverlauf der SH (südlich 30 Grad Süd) 1/1965-12/1973, (HADCR3T Daten)


Die Erwärmung der SH in diesem Zeitraum wurde in ihrer Wirkung auf die globalen Temperaturen R1 maskiert durch die abfallende Phase von R2.

Ich folgere hieraus: Der zweifelsohne vorhandene Langzeittrend (in R1) könnte überlagert sein von natürlichen Schwankungen, deren Auswirkungen größer sein könnten als bisher angenommen. Der Verlauf der globalen Temperatur ist ein Mix aus Einflüssen, die auf die Halbkugeln unterschiedlich und aus solchen, die gleichmäßig auf NH und SH wirken.

Für das hohe Niveau der heutigen Temperaturen (in R1); könnten ab 1985 natürliche Ursachen (ansteigende AMO-Phase) überwiegen. Die Einflüsse der AMO könnten damit weit über den atlantischen Raum hinaus eine größere Bedeutung für das globale Temperaturverhalten haben.
Für den Hub von 0,4K zwischen den 2000ern gegenüber den 60er Jahren könnte ein Forcing durch Treibhausgase / solare Einflüsse/ veränderte Aerosolkonzentrationen im Zeitraum 1965-1974 verantwortlich sein, das ein Absinken der globals in diesem Zeitraum ähnlich 1942…1951 bei auch abfallender R2 verhinderte.

18 comments:

Anonymous said...

Sehr geehrter Herr von Storch,
liebe Leser!

Ich finde die Überlegungen des Lesers durchaus interessant möchte aber Einiges anführen.

Diese Überlegungen BRAUCHT es überhaupt nicht!

HadCRUT3/CRUTEM3 zeigen seit knapp 10 Jahren keine Erwärmung; die RSS Daten zeigen eine Stagnation seit 10 Jahren, die UAH ebenfalls - nur unsere Freunde vom Giss zeigen exorbitante Temperaturanstiege.

Anstatt endlich einmal die Führung der GISS auszutauschen, die Hansens und Dr. Manns - meinetwegen auch als Bauernopfer - von ihren Posten zu entfernen, wird immer weiter gewurstelt und dann soll ein normal denkender Mensch dastehen und mit dem Kopf nicken?

Würde man in vergleichbaren Positionen auch nur einen politisch nicht korrekten Witz machen, wäre man den Job los aber wenn es um Milliarden von Euros geht, ist alles erlaubt.

Mein Vertrauen habt ihr nicht und werdet ihr nie mehr bekommen.

Hans von Storch said...

Der vorherige Beitrag war gar nicht zum Thema, und dumme Bemerkungen "Mein Vertrauen habt ihr nicht und werdet ihr nie mehr bekommen" (wer ist "ihr"?) sind auch nicht hilfreich. Dazu noch "Anonymous". Wird noch als schlechtes Beispiel etwas stehen gelassen, dann aber gelöscht.

Marco said...

Ich glaube dieser Link wäre besser um anonymous zu beantworten:
http://rhinohide.wordpress.com/2011/01/05/did-global-warming-stop-after-2007/

Komisch ist dass UAH der grösste Trend gibt über die letzte 25 Jahre.

Anonymous said...

So, most of the recent warming has occurred in the Northern hemisphere. This is quite well known (see GISS or RSS web page) but it is good to be reminded of it. Perhaps Hans could remind us of the usual explanation for this. Is it simply that land warms more quickly than sea?

Georg Hoffmann said...

Um den Einfluss von AMO,PDO oder anderen Oszilationen abzuschaetzen gibt es sicher bessere Verfahren als Hemisphaerenmittel voneinander abzuziehen.
Von den entsprechenden Indices (AMO,PDO) sind meist die Trends abgezogen, weshalb sie natuerlich nicht zu Erwaermungen beitragen koennen, die laenger dauern als ihre Oszillationsperiode (wobei meines Wissens bei keinem dieser "Oszillationen" nachgewiesen ist, dass es eine Oszillation ist).
So oder so, dass der Langzeittrend von natuerlichen Schwankungen ueberlagert ist, deren Amplitude nicht genau bekannt ist, ist meines Wissens unwidersprochen und allgemein ackzeptiert.

Hans von Storch said...

Die Annahme, dass der CO2-response symmetrisch zum Äquator sein müsse, also ähnlich auf Nord- und Südhalbkugel, ist nicht gerechtfertigt wegen der verschiedenen thermischen Trägheit der beiden Halbkugeln - mit der Nordhalbkugel mit viel Landoberfläche und der Südhalbkugel im Wesentlichen von Ozeanen bedeckt. Konsistent damit zeigen die Muster der erwarteten GHG-bedingten Erwärmung in Klimamodellen auch eine charakteristische Asymmetrie (generell zwischen Land und Ozean), die in Detection & Attribution Studien so auch in Trends von Beobachtungsdaten wieder gefunden werden.

Auch die Wirkung anthropogener Aerosole ist regional und damit nicht NH:SH symmetrisch.

Ich habe nicht ganz verstanden, welche Rolle R3 in der Argumentation spielt. Aber man hätte natürlich R2 auch negativ definieren können, also SH-NH statt NH-SH. Dann würde R3 ziemlich anders aussehen.

Die Logik, wie aus den Kurven die dann recht allgemeinen Folgerungen gezogen wurden, hat sich mir nicht erschlossen.

wkjs said...

Ähnlich wie Dr. Bosse bin ich „Klima-Laie“ mit technischer Ausbildung.
Anlehnend an Prof. von Storchs Beitrag sollten als Ursache für die unterschiedliche Entwicklung der Temperaturanomalien von nördlicher und südlicher Hemisphäre neben der unterschiedlichen thermischen Trägheit aufgrund unterschiedlicher Land/Wasser-Verteilung auch anthropogene Einflüsse berücksichtigt werden. M.E. dürfte die Summe deren Wirkung aber erheblich sein:
- Die Bevölkerung der Südhemisphäre beträgt nur etwa 12% der Weltbevölkerung.
- Das starke Bevölkerungswachstum in Asien
- Die Industrialisierung der Nordhemisphäre ist ungleich stärker
- Viele riesige städtische Ballungsgebieten (UHI-Effekt) auf der Nordhemisphäre
- Änderung der Albedo durch geänderte Landnutzung in stark bevölkerten Gebieten
- Gewaltiger wirtschaftlichen Aufschwungs von Ostasien in den letzten Jahrzehnten
- Vor allem in China die Nutzung von Kohle in Kraftwerken und zur Heizung ohne Abgasfiltration
- Emissionen der mit Schweröl betriebenen Dieselmotoren der Hochseeschiffe
- Unzählige offene Feuerstellen für die Essenszubereitung vor allem in Indien
- Brandrodung von Urwäldern für die Schaffung von Agrarflächen für Ernährung und
Erzeugung von nachwachsenden Roh-und Brennstoffe
- Freisetzung von großen Mengen von Ruß („black carbon“)aus den o.g. Verbrennungsprozessen.

Welch großer Einfluss auf die Temperaturerhöhung der unteren Luftschichtenverbunden und auf das Abschmelzen von Eismassen von Ruß-Aerosolen ausgeht, beschreiben V. RAMANATHAN1 AND G. CARMICHAEL in „Global and regional climate changes due to black carbon” (1 NATURE GEOSCIENCE. 221-22 )(23 March 2008). So zeigt eine Simulationsrechnung für Südasien bei einem Temperaturanstieg von 0,3 °C durch CO2 eine Erhöhung um 0,6°C durch Ruß. Die Autoren weisen darauf hin, dass in den Klima-Simulationsprogrammen (GMCs) das „forcing“ durch Ruß nicht hinreichend berücksichtigt wird, aber auch beim bisherigen Kenntnisstand die
Übertragung auf globale Maßstäbe noch problematisch ist.

U. Langer said...

Sehr geehrter Prof. v. Storch,

ich denke, der Graph R3 soll die Auswirkungen der global gleichmäßig wirkenden Antriebe auf die Temperatur veranschaulichen (also auch bzgl. des CO2 so eine Art „Grundniveau“ des anthropogenen Treibhauseffekts ohne Berücksichtigung der Unterschiede von Nord- und Südhalbkugel). Und insofern ist es schon sinnvoll, bei R2 die Differenz NH-SH zu bilden und nicht umgekehrt. Wegen der Asymmetrie verbleibt so der höhere anthropogene Treibhauseffekt der NH als Erwärmung erhalten – bei SH-NH würde er zur Abkühlung „mutieren“ (analog zum Problem Aerosole).

Ich gelange dann aber zu dem Problem, dass R3 ab 1970 keine signifikante Veränderung mehr zeigt, was darauf deuten würde, dass der Treibhauseffekt nicht die Hauptursache für die globale Erwärmungsphase 1980-2000 wäre!?

MfG

PS: Der Kommentar von wkjs ist doppelt eingestellt.

Frank said...

@wjks: Alle Reihen wurden über den gesamten Zeitraum aus monatlichen Rohdaten gleichartig gewonnen. Eine "Harmonisierung/Normierung" wurde nicht angewendet, lediglich eine Glättung durch einen 10-jährigen gleitenden Mittelwert auf allen Reihen.
@ Hans von Storch: Es ist aus R2 zu sehen, dass praktisch die gesamte Erwärmung seit 1985 in den nördlichen Extratropics auftrat, die südlichen zeigten nahezu eine "Nullreaktion". Ist diese Asymmetrie in Gänze durch die unterschiedliche spezifische Wärmekapazität Land /Wasser erklärbar wenn wir aus Bild 2 sehen, dass die südlichen Extratropics zwischen 1965 und 1974 sich so stark erwärmten, während die nördlichen um nahezu den gleichen Betrag abkühlten?

Hans von Storch said...

Frank: Warum der ganze Aufwand mit R1, R2 und R3, wenn Sie am Ende doch nur mit NH und SH argumentieren? Ihre Frage ist legitim, aber wieso hat die was mit den Folgerungen zu tun, die Sie aus Ihrer Analyse ziehen?

Georg Hoffmann said...

@Frank
Ich habe dann auch nicht verstanden, worum es eigentlich gehen soll. Wenn es die unterschiedlichen Erwaermungsraten in NH un SH sind (siehe hier: http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/Fig.A3.lrg.gif)
und wenn es darum gehen soll, ob diese unterschiedlichen Raten quantitativ in irgendeinem Widerspruch zu den Modellen stehen sollen, waere es das einfachste mal nachzuschauen, was denn die Modelle so berechnen (bin sicher, das wurde schon gemacht).
In jedem Fall kostet es hoechstens 1 Stunde es selbst mal zu machen:
http://www-pcmdi.llnl.gov/ipcc/about_ipcc.php

Frank said...

@Hans v. Storch, Georg : R1 sind ja die globals, R2 die NH-SH extratropics Differenz und S3 "der Rest". Der Aufwand deshalb um zu zeigen, dass sich der Verlauf der globals sich nach 1985 an ein der AMO sehr ähnliches Muster anlehnt. Dies ist m.E. aus dem unterschiedlichen Wasseranteil der Hemisphären (61% NH, 81% SH) nicht vollständig zu erklären. Vor 1985 war es ein Mix zwischen R3 und R2, danach nur R2, die R1 (die globals) beeinflussten. Woher kommt das?
Ist es so, wie U.Langner folgert?
@georg: Das verlinkte Diagramm nach GISS zeigt NH und SH unter Einschluss der Tropen, die Diagramme im Post nur Extratropics.

Björn said...

@HvS

Ehrlich gesagt, verstehe ich Ihr Argument der unterschiedlichen thermischen Trägheit von NH und SH nicht.

(1.) Die Daten sollten doch selbst die Trägheit zum Ausdruck bringen. Wenn nur die Zeitreihe des 20. Jhdts. betrachtet wird, würde man eine Trägheit etwa eines Jahrzehnts erwarten (abgeschätzte Latenz der grünen Kurve). Der globale Trend seit 1970 müsste sich also mit zeitlicher Verzögerung auch in der SH wiederfinden. (Bloß, was machen wir mit den uneinheitlichen Daten des 19. Jahrhunderts...)

Andere Frage: Gibt es Messungen der Oberflächentemperatur auch auf unseren Nachbarplaneten? Vaclav Klaus behauptet das, ich habe aber noch nie einen seriösen Hinweis darauf gefunden.

(2.) Als Klimalaie hätte ich erwartet, dass sich durch die global vernetzten Meeresströmungen die Ozeane auf NH und SH gut vermischen, wenn auch langsam. Oder spielt sich das auf noch viel längeren Zeitskalen als ein Jahrzehnt ab?

(3.) Aus meinen Erfahrungen mit dynamischen Systemen heraus wundert es mich nicht, dass ein periodisch getriebenes dynamisches System wie das der Ozeane quasiperiodisches oder nahezu chaotisches Verhalten zeigt. Wärmetransport in Ozeanen ist ein hinreichend rückgekoppeltes System, um "interessantes" Verhalten erwarten zu können und die Analyse von Dr. Bosse erscheint mir sinnvoll als statistischen Test. Die Zerlegung von Daten in verschiedene regionale Segmente wird in der Zeitreihenanalyse oft verwendet und ist idR sehr aufschlussreich, um globale Trends von Zufallsschwankungen abzugrenzen.

wflamme said...

Wenn ich simplifiziert in eine NH und eine SH teile, dann erhalte ich:

R1 = (Tn+Ts)/2;
R2 = Tn-Ts;

R3 = R1-R2 = (Ts-Tn)/2

R3 enthält also kein eigenständiges Signal sondern ist nur ein skaliertes Spiegelbild von R2; ganz bestimmt aber kein Maß für den 'Gleichlauf'.

Eine etwas genauere Rechnung (ich glaube mich zu erinnern, daß der Tropengürtel 30S-30N 50% der Erdoberfläche ausmacht:

R1 = (Tn+Ts+2*Tt)/4;
R2 = Tn-Ts;

R3 = R1-R2 =
= 5/4*Ts - 3/4*Tn + 2/4*Tt

Also ist R3 ein Signal aus 50% Tropen und 50% invertiertem R2 ... aber kein 'Gleichlauf'.

Mit freundlichen Grüßen,
Wolfgang Flamme

wflamme said...

Ups, letztere Interpretation stimmt net ganz (s'is schon ein bisserl spät) aber da lasse ich Euch heute nacht mit allein, das besser zu formulieren. Gut's Nächtle!

Wolfgang Flamme

Frank said...

@Wolfgang: Bitte nochmals die im Post verwendeten Reihen für Tn und Ts beachten! Die Tropics sind zwar in R1 enthalten jedoch nicht in R2 und R3! Tn und Ts sind also in Ihren Gleichungen zu Beginn des Beitrages
"R1 = (Tn+Ts)/2;"
"R2 = Tn-Ts"
nicht identisch und damit die Operationen in der Folge Ihres Beitrages nicht zulässig.
Grüße Frank

wflamme said...

@Frank
Ich bitte die verspätete Antwort zu entschuldigen ... der zweite Formelsatz berücksichtigt die Tropentemperatur Tt in Ihren Gleichungen.

"Die Tropics sind zwar in R1 enthalten jedoch nicht in R2 und R3!"

Da in R1 das Temperatursignal der Tropen Tt eingeht und in R2 nicht, geht die Tropentemperatur in R1 und R3 ein.

Hans von Storch said...

Björn/13 fragte "Als Klimalaie hätte ich erwartet, dass sich durch die global vernetzten Meeresströmungen die Ozeane auf NH und SH gut vermischen, wenn auch langsam. Oder spielt sich das auf noch viel längeren Zeitskalen als ein Jahrzehnt
ab?"
.

Ich habe einen Experten gefragt, und seine kurze Antwort ist:
Für Oberflächenströmung ist ein Jahrzehnt eine gute Zahl. Berühmt wurde ein gekenterter Container mit vielen 1000 Gummienten, die im Lauf der Jahre weit verstreut gefunden wurden.
Für Tiefenzirkulation eher ein Jahrtausend, wie aus der Verteilung von Radiokohlenstoff ersichtlich.