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7 Einführung
In Kapitel 1 wurde gezeigt, das wir dem Begriff ’Klima’ die Gesamtheit oder das Integral der meteorologischen Erscheinungen unterordnen. Wollen wir das Klimasystem verstehen, müssen wir das Zusammenwirken seiner Teilsysteme wie Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, Lithosphäre, Biosphäre und immer mehr auch deren Beeinflussung durch den Menschen (oder die Anthroposphäre) begreifen. Klimatologie ist demzufolge keine eigenständige Wissenschaft, sondern eine Betrachtungsweise, welche von vielen verschiedenen Wissenschaftszweigen (Geographie, Geologie, Physik, Biologie, Geschichte, Chemie usw.) gepflegt wird. Demzufolge ist die Vielfalt der eingesetzten Methoden entsprechend gross, und ein abgerundetes Bild ergibt sich nur aus der zweckmässigen Verbindung zwischen Datenquellen aller Art und Modellen mit verschiedenen Eigenschaften bzw. Zeit- und Raumskalen (Energiebilanzmodelle EBMs, Strahlungs-Konvektionsmodelle RCMs, globale Klima-Zirkulationsmodelle GCMs oder Labormodelle im Wind- und Wasserkanal).
Bereits mit einfachen Abschätzungen eines Energiebilanzmodells kann gezeigt werden, in welcher Form der energetische Antriebsmechanismus des Erdsystems in Form der Sonne an der Erdoberfläche gestört werden kann und wie sich zum Beispiel Rückkopplungen im Erdsystem auf die Gleichgewichtstemperatur der Erde auswirken können. Zu den natürlichen Ursachen für den Klimawandel (als Sammelbegriff für Klimavariabilität und Klimatrend) gehören zunächst die durch die Erdbahnelemente hervorgerufenen Schwankungen des solaren Strahlungsangebots, welche charakteristische Zeitskalen von 10^3 bis 10^5 Jahren aufweisen. Auf wesentlich kleineren Zeitskalen sind die zwei anderen natürlichen Schwankungsursachen anzusiedeln, nämlich die Schwankungen der solaren Strahlungsquelle (zum Beispiel der quasi-elfjährige Zyklus) und die durch die grossen Vulkanausbrüche erzeugten Einbrüche im Angebot der bodennahen Solarstrahlung. Der Einfluss der anthropogen bedingten Schwankungen der bodennahen Strahlungsbilanz ist in den letzten Jahren immer mehr angestiegen. Im Vordergrund der Einflussgrössen stehen der Treibhauseffekt und die Veränderungen der Atmosphäre durch anthropogen erzeugte Aerosole. Daneben müssen auch die Landnutzungsänderungen und die Zerstörung der stratosphärischen Ozonschicht beachtet werden.
Das Verstehen der komplexen Wechselwirkungen im Klimasystem bildet auch die Basis für die Aufstellung zukünftiger Klimaszenarien. Insbesondere die Rollen der Atmosphäre und des Ozeans als Energietransportsysteme zwischen Aequator und Pol und die Wechselwirkungen zwischen Ozeanoberfläche und Atmosphäre sind von grosser Bedeutung. Das Ozean-Atmosphäre-Teilsystem ist auch zum grossen Teil verantwortlich für die Herausbildung von wichtigen, längerfristig zwischen zwei quasistabilen Zuständen schwankenden Fernwirkungen oder Teleconnections. Im pazifischen Raum ist dies der ENSO (El Niño - Southern Oscillation) und im atlantisch-europäischen Einflussgebiet die NAO (Nordatlantische Oszillation). Im Lichte des zunehmenden Treibhauseffektes interessiert vordringlich die Frage, ob diese zwischen zwei Zuständen schwankenden Systeme vor allem in eine einzige, dominierende Richtung getrieben werden. Für den Alpenraum ergeben die Hinunterskalierungen globaler Klimamodelle im Falle einer CO2-Verdoppelung Temperaturerhöhungen von zirka 2.5° C. Schwieriger gestalten sich räumliche Aussagen beim Niederschlag. Demzufolge werden feuchtere Szenarien, d.h. Erhöhungen der Jahresniederschlagsmengen in der Grössenordnung von 5-20%, eher im Winter auf der Alpennordseite erwartet.