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Der neue IPCC-Bericht fokussiert verstärkt auf Erwärmungsniveaus anstatt auf Emissionsszenarien. Damit lässt sich aufzeigen, wie viele Treibhausgase beispielsweise für das 1,5-Grad-Ziel noch emittiert werden dürfen und mit welchen Klimafolgen man dabei rechnen muss.
Text: , ETH Zürich
Wie sieht eine Welt aus, die im globalen Durchschnitt 1,5, 2 oder 4 Grad Celsius wärmer ist als vor der Industrialisierung? Wie gross sind die gesamten Treibhausgasemissionen, die noch ausgestossen werden dürfen, damit die globale Erwärmung auf einen gewissen Wert beschränkt werden kann? Mit welchen Klimafolgen muss bei der entsprechenden globalen Erwärmung gerechnet werden? Solche Fragen stellen sich unter anderem im Zusammenhang mit dem Pariser Klimaabkommen. Antworten dazu können mit Klimamodellen berechnet werden.
Fokussierung auf Erwärmungsniveaus hat Vorteile
Ein Kernelement aller IPCC-Berichte sind Klimaprojektionen für verschiedene Emissionsszenarien, das heisst die Simulation der Klimaentwicklung anhand von Klimamodellen für unterschiedliche zeitliche Entwicklungen der Emissionen. Im neusten IPCC-Bericht der Arbeitsgruppe I («Naturwissenschaftliche Grundlagen»)1 wird nun zusätzlich der Klimawandel für verschiedene globale Erwärmungsniveaus dargestellt, wie zum Beispiel für eine Welt, die 1,5, 2 oder 4 Grad Celsius wärmer ist als vor der Industrialisierung. Damit lassen sich die obenstehenden Fragen im Rahmen gewisser Unsicherheiten beantworten. Der Fokus auf den Klimawandel in einer 1,5 oder 2 Grad Celsius wärmeren Welt folgt direkt aus der Diskussion um das Pariser Klimaabkommen.2 Mit Modellierungen zu verschiedenen Erwärmungsniveaus kann auch gezeigt werden, wie sich zusätzliche Erwärmung auswirkt.
Der Fokus auf globale Erwärmungsniveaus hat den Vorteil, dass damit gewisse Unsicherheiten bezüglich der Wirkung der Treibhausgase auf das Klima (Klimasensitivität) und ob und wann genau ein Erwärmungsniveau erreicht wird, ausgeblendet werden können. So lässt sich die Fülle von Information bündeln und statt den Klimawandel in zahlreichen Karten für je zwei bis drei Zeithorizonte und vier bis fünf Emissionsszenarien zu illustrieren, lässt er sich mit Angaben zu lediglich drei bis vier globalen Erwärmungsniveaus zusammenfassen.
Unabhängig vom Emissionsszenario
Diese Betrachtungsweise ist allerdings nur sinnvoll, wenn die Auswirkungen des Klimawandels und insbesondere dessen regionale Ausprägung bei einem gewissen Erwärmungsniveau mehr oder weniger unabhängig vom Emissionsszenario sind. Das heisst, die Änderungen im Klimasystem müssen vergleichbar sein, egal ob beispielsweise 2 Grad Celsius globale Erwärmung in naher Zukunft in einem sehr hohen Emissionsszenario oder erst nach Mitte Jahrhundert in einem mittleren Emissionsszenario erreicht werden. Doch ist das tatsächlich der Fall?
Beides kann anhand von Modellexperimenten überprüft werden. Für überraschend viele Klimavariablen ist das tatsächlich mehr oder weniger der Fall – mindestens in den fünf illustrativen Szenarien, die von der Arbeitsgruppe I speziell untersucht wurden. So stimmen zum Beispiel das mittlere geographische Erwärmungsmuster, die Änderung der Intensität von Hitze- und Kälteextremen und sogar von Niederschlagsextremen im Modelmittel gut überein. Dies gilt unabhängig davon, ob eine Erwärmung von 2 Grad Celsius in einem sehr hohen Emissionsszenario rasch oder in einem mittleren Szenario erst deutlich nach Jahrhunderthälfte erreicht wird.3,4,5,6,7 Der Einfluss der Aerosolkonzentration oder Landnutzungsänderungen können zwar regional die Erwärmung abschwächen oder verstärken, das räumliche Muster bleibt jedoch ähnlich, ebenso wie unterschiedliche Beiträge der einzelnen Treibhausgase zur Erwärmung. Sogar das Schmelzen des arktischen Meereises, das Auftauen von Permafrost oder der Rückgang der Schneebedeckung ist für ein bestimmtes Erwärmungsniveau für alle Emissionsszenarien und zeitlichen Entwicklungen ähnlich.
Gewisse Grössen im Klimasystem sind jedoch abhängig vom Emissionsszenario. Der globale Niederschlag zum Beispiel nimmt unterschiedlich zu, je nachdem, ob die Erwärmung durch zunehmende CO2-Konzentration oder durch sinkende Aerosolkonzentrationen verursacht wird. Diese Erkenntnis ist auch wichtig für die Beurteilung von Geoengineering-Massnahmen: Sie zeigt, dass sich die Wirkung der durch Treibhausgase verursachten Erwärmung auf den Wasserkreislauf nicht einfach durch künstliches Ausbringen von Aerosolen kompensieren lässt, wie das teilweise vorgeschlagen worden ist.
Allerdings unterscheiden sich die mittleren regionalen Niederschlagsänderungen bei einer Erwärmung von 1,5 und 2 Grad Celsius zwischen den Szenarien deutlich weniger als zwischen den einzelnen Modellen3 oder sogar durch Zufall, das heisst durch zufällige Schwankungen im Klimasystem (siehe Grafik). Deshalb werden auch Karten der Niederschlagsänderungen im Sechsten Sachstandsbericht für verschiedene Erwärmungslevels dargestellt.
Verzögerte Änderungen im Klimasystem
Langfristige, stark verzögerte Änderungen im Klimasystem lassen sich jedoch nicht sinnvoll für bestimmte Erwärmungsniveaus zusammenfassen. Zum Beispiel das Abschmelzen von Gletschern, aber auch von Eisschildern, reagiert verzögert auf die Erwärmung und nimmt auch bei einer Stabilisierung der globalen Erwärmung rasch weiter zu. Unter anderem steigt deshalb auch der Meeresspiegel nach einer Stabilisierung der Erwärmung weiter an. Schliesslich ändern sich Teile des Kohlenstoffkreislaufs wie beispielsweise die Kohlenstoffaufnahme der Vegetation oder der Ozeane weniger infolge der Erwärmung, sondern vor allem in Abhängigkeit der CO2-Emissionen und damit vom Emissionsszenario. Deshalb werden im Sechsten Sachstandsbericht die Projektionen für diese Grössen weiterhin für verschiedene Zeitfenster in Abhängigkeit der Emissionsszenarien dargestellt.
Weiter ist noch zu beachten, dass die regionalen Muster der Klimafolgen bei einer Erwärmung von 1,5, 2 oder 4 Grad Celsius typischerweise für das erste Erreichen dieses Wertes dargestellt sind und nicht für einen neuen Gleichgewichtszustand. Falls die Erwärmung auf dem entsprechenden Wert stabilisiert werden kann und sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellt, können sich auch Temperaturmuster und andere Variablen über Jahrzehnte und Jahrhunderte noch etwas anpassen.8 So wird zum Beispiel erwartet, dass der Unterschied zwischen der Erwärmung über Land und den Ozeanen mit der Zeit etwas abnimmt, aber nicht ganz verschwindet.
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Erich Fischer ist Senior Scientist und Dozent an der ETH Zürich, wo er unter anderem zu Klima- und Wetterextremen forscht. Beim Sechsten Sachstandsbericht des IPCC war Fischer leitender Autor in der Arbeitsgruppe I beim Kapitel «Future Global Climate: Scenario-based Projections and Near-term Information».
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Referenzen
1IPCC (2021) Climate Change 2021: The Physical Science Basis (WGI). www.ipcc.ch/report/ar6/wg1
2Knutti R, Rogelj J, Sedláček J et al. (2016) A scientific critique of the two-degree climate change target. Nature Geoscience 9: 13–18. doi.org/10.1038/ngeo2595
3IPCC (2021) Climate Change 2021: The Physical Science Basis (WGI). Chapter 4 «Future Global Climate: Scenario-based Projections and Near-term Information». www.ipcc.ch/report/ar6/wg1
4IPCC (2021) Climate Change 2021: The Physical Science Basis (WGI). Chapter 11 «Weather and Climate Extreme Events in a Changing Climate». www.ipcc.ch/report/ar6/wg1
5Fischer EM, Sedláček J, Hawkins E, Knutti R (2014) Models agree on forced response pattern of precipitation and temperature extremes. Geophysical Research Letters 41: 8554–8562. doi.org/10.1002/2014gl062018
6Seneviratne SI, Donat MG, Pitman AJ, Knutti R and Wilby RL (2016) Allowable CO2 emissions based on regional and impact-related climate targets. Nature 529:477–483. doi.org/10.1038/nature16542
7Seneviratne SI, Hauser M (2020) Regional Climate Sensitivity of Climate Extremes in CMIP6 Versus CMIP5 Multimodel Ensembles. Earth’s Future 8: e2019EF001474. doi.org/10.1029/2019ef001474
8King AD, Lane TP, Henley BJ et al. (2020) Global and regional impacts differ between transient and equilibrium warmer worlds. Nature Climate Change 10: 42–47. doi.org/10.1038/s41558-019-0658-7