Die Atmosphärenforschung liefert klare Beweise für ein Signal des vom Menschen verursachten Klimawandels im Zusammenhang mit CO2-Anstiegen

Neue Forschungsergebnisse liefern klare Beweise für einen menschlichen „Fingerabdruck“ des Klimawandels und zeigen, dass spezifische Signale menschlicher Aktivitäten die Temperaturstruktur der Erdatmosphäre verändert haben.

Unterschiede zwischen troposphärischen und unteren stratosphärischen Temperaturtrends sind seit langem als Fingerabdruck menschlicher Auswirkungen auf das Klima anerkannt. Dieser Fingerabdruck vernachlässigte jedoch Informationen aus der mittleren bis oberen Stratosphäre, 25 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche.

„Das Einbeziehen dieser Informationen verbessert die Erkennbarkeit eines menschlichen Fingerabdrucks um den Faktor fünf. Eine verbesserte Erkennbarkeit tritt auf, weil die mittlere bis obere Stratosphäre ein großes Abkühlungssignal von menschengemachten CO2-Anstiegen, kleine Rauschpegel natürlicher interner Variabilität und unterschiedliches Signal und hat Rauschmuster“, heißt es in dem Zeitschriftenartikel „Exceptional stratospheric Contribution to Human Fingerprints on Atmosphere Temperature“, der in veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Lärm in der Troposphäre kann das tägliche Wetter, die durch El Niños und La Niñas verursachten Schwankungen zwischen den Jahren und längerfristige natürliche Klimaschwankungen umfassen. In der oberen Stratosphäre ist das Variabilitätsrauschen kleiner und das Signal des vom Menschen verursachten Klimawandels größer, sodass das Signal viel leichter unterschieden werden kann.

„Die Ausweitung der Fingerabdrücke auf die obere Stratosphäre mit langen Temperaturaufzeichnungen und verbesserten Klimamodellen bedeutet, dass es jetzt praktisch unmöglich ist, durch natürliche Ursachen die von Satelliten gemessenen Trends in der thermischen Struktur der Erdatmosphäre zu erklären“, heißt es in dem Papier.

„Dies ist der eindeutigste Beweis, den es für ein vom Menschen verursachtes Signal des Klimawandels gibt, das mit einem CO2-Anstieg verbunden ist“, so Hauptautor Benjamin Santer, Hilfswissenschaftler in der Abteilung für Physikalische Ozeanographie am Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI) in Massachusetts.

„Diese Forschung untergräbt und widerlegt Behauptungen, dass die jüngsten Änderungen der Atmosphären- und Oberflächentemperatur natürlich sind, sei es aufgrund der Sonne oder aufgrund interner Zyklen im Klimasystem. Eine natürliche Erklärung ist praktisch unmöglich in Bezug auf das, was wir hier betrachten: Änderungen in die Temperaturstruktur der Atmosphäre“, ergänzt Santer, der sich seit mehr als 30 Jahren mit Klima-Fingerabdrücken beschäftigt. „Diese Forschung räumt mit falschen Behauptungen auf, dass wir den Klimawandel nicht ernsthaft behandeln müssen, weil er ganz natürlich ist.“

Die Recherche wurde motiviert durch frühere Arbeit von Suki Manabe und Richard Wetherald, die 1967 ein einfaches Klimamodell verwendeten, um zu untersuchen, wie CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe die Atmosphärentemperatur verändern könnte.

Ihre Modellierung fand ein sehr charakteristisches Merkmal: Ein Anstieg des CO2-Gehalts führte zu einem stärkeren Einschluss von Wärme in der Troposphäre (der untersten Schicht der Erdatmosphäre) und weniger Wärme, die weiter oben in die Stratosphäre (die Schicht über der Troposphäre) entweicht, wodurch sich die Atmosphäre erwärmt Troposphäre und Abkühlung der Stratosphäre. Diese Vorhersage der troposphärischen Erwärmung und stratosphärischen Abkühlung als Reaktion auf zunehmendes CO2 wurde viele Male durch komplexere Modelle bestätigt und durch den Vergleich von Modellergebnissen mit Beobachtungen der globalen mittleren atmosphärischen Temperatur von Wetterballons und Satelliten verifiziert.

Obwohl diese früheren Studien Änderungen der globalen Durchschnittstemperatur in der mittleren und oberen Stratosphäre, etwa 25 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche, berücksichtigten, betrachteten sie keine detaillierten Muster des Klimawandels in dieser Schicht. Diese Region kann nun aufgrund verbesserter Simulationen und Satellitendaten besser untersucht werden. Die neue Forschung ist die erste, die nach vom Menschen verursachten Mustern des Klimawandels – auch „Fingerabdrücke“ genannt – in der mittleren und oberen Stratosphäre sucht.

„Die menschlichen Fingerabdrücke bei Temperaturänderungen in der mittleren bis oberen Stratosphäre aufgrund von CO2-Anstiegen sind wirklich außergewöhnlich, weil sie so groß sind und sich so sehr von Temperaturänderungen dort aufgrund interner Variabilität und natürlicher äußerer Einflüsse unterscheiden. Diese einzigartigen Fingerabdrücke ermöglichen es, die zu erkennen menschlichen Einfluss auf den Klimawandel aufgrund von CO2 in einem kurzen Zeitraum (~10-15 Jahre) mit hoher Zuversicht“, sagte Co-Autor Qiang Fu, Professor am Department of Atmospheric Sciences an der University of Washington.

„Die Welt leidet unter dem Klimawandel, daher ist es entscheidend, so viel Vertrauen wie möglich in die Rolle von Kohlendioxid zu haben“, sagte Co-Autorin Susan Solomon, Martin-Professorin für Umweltstudien am Massachusetts Institute of Technology. „Die Tatsache, dass Beobachtungen nicht nur eine Erwärmung der Troposphäre, sondern auch eine stark abkühlende obere Stratosphäre zeigen, ist ein einzigartiger verräterischer Beweis, der die dominierende Rolle von Kohlendioxid beim Klimawandel festnagelt und das Vertrauen stark erhöht.“

Santer sagte, dass es zwar intellektuell befriedigend sei, Fingerabdrücke höher in die Atmosphäre auszudehnen, um die Vorhersage von Manabe und Wetherald zu testen, es aber auch zutiefst besorgniserregend sei.

„Als jemand, der versucht, die Art von Welt zu verstehen, die zukünftige Generationen bewohnen werden, machen mich diese Ergebnisse sehr besorgt. Wir verändern die thermische Struktur der Erdatmosphäre grundlegend, und es macht keine Freude, das zu erkennen“, sagte Santer.

„Diese Studie zeigt, dass sich die reale Welt auf eine Weise verändert hat, die einfach nicht durch natürliche Ursachen erklärt werden kann“, fügte Santer hinzu. „Wir stehen jetzt in den Vereinigten Staaten und weltweit vor wichtigen Entscheidungen darüber, was wir gegen den Klimawandel tun sollen. Ich hoffe, diese Entscheidungen basieren auf unserem besten wissenschaftlichen Verständnis der Realität und Schwere der menschlichen Auswirkungen auf das Klima.“