Globaler Klimawandel

Das Klima ist weltweit im Wandel begriffen. Eine Reihe von Indikatoren zeigt dies eindrücklich und zweifelsfrei. Ein Grossteil der seit 1850 beobachteten Erwärmung ist dabei auf den menschlichen Einfluss und insbesondere auf den Ausstoss von Treibhausgasen zurückzuführen. Klimaszenarien für die Zukunft zeigen eine Fortsetzung des globalen Temperaturanstiegs und Auswirkungen auf viele weitere Aspekte des Klimas. Auch die Schweiz ist von dieser Entwicklung betroffen. Um den globalen Temperaturanstieg in Zukunft zu begrenzen, sind deutliche Anstrengungen zur Reduktion der Treibhausgasemissionen notwendig.

Das Klima der Schweiz ist vielfältig und durch die besondere Topographie der Alpen geprägt. Gleichzeitig ist es aber auch Teil eines überregionalen und globalen Systems. Die globalen Entwicklungen beeinflussen deshalb auch den Klimawandel in der Schweiz.

Der globale Klimawandel seit 1850

Auf globaler Skala, wie auch in der Schweiz, ist die oberflächennahe Erwärmung seit dem Beginn systematischer Messungen um 1850 unbestritten. Sie beträgt in etwa 1°C (Abb. 1). Die Mitteltemperaturen der letzten drei Jahrzehnte lagen dabei sukzessive höher als diejenigen aller vorangegangenen Jahrzehnte seit 1850. Und die derzeitigen Temperaturverhältnisse erscheinen sogar in einem längeren Kontext noch als extrem: Nach Schätzungen des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) war der Zeitraum 1983-2012 auf der Nordhalbkugel wahrscheinlich die wärmste 30-jährige Periode der letzten 1‘400 Jahre. Dies trotz vorübergehender mittelalterlicher Warmphasen in einigen Gebieten der Erde mit zum Teil ähnlichen Temperaturen wie heute.

Nach Stand des Wissens ist der beobachtete Temperaturanstieg seit Mitte des 19. Jahrhunderts zu grossen Teilen anthropogen verursacht. Rein natürliche Einflussfaktoren, wie z.B. Schwankungen der Sonnenaktivität oder Vulkanausbrücke, können den Anstieg nicht erklären (Abbildung 2). Er hängt eindeutig und ursächlich mit den steigenden Konzentrationen von Treibhausgasen in der Atmosphäre zusammen. Allen voran mit einem Anstieg der Kohlendioxid (CO2)-Konzentration infolge Nutzung fossiler Brennstoffe. Abbildung 3 zeigt hierzu den gemessenen Verlauf der atmosphärischen CO2 Konzentration seit 1958 am Observatorium auf dem Vulkan Mauna Loa (Hawaii). Ein deutliches saisonales Muster, das vor allem auf den jährlichen Vegetationszyklus zurückzuführen ist, wird durch einen stark positiven und langfristigen Trend überlagert. Aufgrund der Abgeschiedenheit des Observatoriums, dem Fehlen lokaler Einflüsse und einer generell guten Durchmischung von CO2 in der unteren Atmosphäre stellen diese Messungen eine gute Annäherung an die globale CO2-Konzentration dar. Demzufolge liegen wir heute auf einem Niveau von ungefähr 400 ppm (parts per million, also ein Molekül CO2 pro einer Million Gesamtmoleküle trockener Luft) gegenüber etwa 320 ppm zu Beginn der sechziger Jahre. Diese Konzentration scheint zwar gering, jedoch ist CO2 genau wie weitere Spurengase ein sehr effektives Treibhausgas mit deutlichem Einfluss auf die Strahlungsbilanz der Erde. Rekonstruktionen aus Eisbohrkernen belegen, dass die derzeitigen Treibhausgaskonzentrationen in den letzten 800‘000 Jahren nie erreicht wurde und ein absolutes Maximum dieses Zeitraums darstellen (IPCC Fünfter Sachstandbericht).

Der beschriebene Anstieg der oberflächennahen globalen Mitteltemperatur ist nicht die einzige Folge erhöhter Treibhauskonzentrationen. So stehen eine Reihe weiterer Grössen direkt oder indirekt mit der globalen Mitteltemperatur in Zusammenhang. Abbildung 4 zeigt eine Auswahl. Neben einem eindeutigen Anstieg der oberflächennahen Lufttemperaturen über Land und über Meer zeigt auch die Lufttemperatur gemittelt über die gesamte untere Atmosphäre (die Troposphäre), einen deutlichen Anstieg. Gleiches gilt für die Meeresoberflächentemperatur, den ozeanischen Wärmeinhalt und den global gemittelten Meeresspiegel. Schnee und Eis sind massgeblich durch den Temperaturanstieg bestimmt und weisen einen deutlichen Rückgang auf. Zusammengenommen lassen diese und weitere Indikatoren keinen Zweifel zu, dass wir uns derzeit in einer Periode mit deutlicher und rascher globaler Erwärmung befinden.

Wie geht es weiter?

Zur Analyse des vergangenen Klimawandels können wir uns auf Beobachtungen und Rekonstruktionen abstützen. Für die Zukunft haben wir diese Informationen nicht, und eine einfache Fortschreibung vergangener Trends ist in einem System mit sich ändernden Randbedingungen kritisch. Wie also kommen wir zu Aussagen über eine mögliche Klimazukunft?

Hierzu bedient man sich Simulationen mit Klimamodellen. Ähnlich wie in der Wettervorhersage beschreiben diese umfangreichen und auf physikalischen Gesetzen basierten Computermodelle Prozesse in der Atmosphäre und in weiteren Komponenten des Klimasystems, sowie deren Wechselwirkungen.

Klima weltweit

Sind die Modelle gegenüber der beobachteten Klimaentwicklung geprüft, können sie für Klimaprojektionen eingesetzt werden. Hierbei werden Annahmen zur zukünftigen Entwicklung der globalen Treibhausgasemissionen gemacht. Modellsimulationen zeigen so die Auswirkung steigender Treibhausgaskonzentrationen auf verschiedenste Grössen, wie zum Beispiel die globale Mitteltemperatur, Niederschlagsverhältnisse oder den globalen Meeresspiegel. In der Regel wird hierbei ein ganzes Ensemble verschiedener Klimamodelle (also eine Reihe unterschiedlicher Modelle) mit dem gleichen Emissionsszenario angetrieben. Dies führt je nach verwendetem Modell zu unterschiedlichen Ergebnissen und erlaubt die Abschätzung der zugehörigen Unsicherheiten.

Der projizierte globale Temperaturanstieg bis 2100, zusammen mit der Spannweite aus den verwendeten Modellen (schattierte Flächen in der oberen Grafik bzw. Balken rechts daneben), ist in Abbildung 5 gezeigt.

Deutlich sichtbar ist die starke Abhängigkeit von den zukünftigen Treibhausgasemissionen (rot im Vergleich zu blau). Für das starke RCP8.5 Szenario (weiterhin ungebremster Anstieg der Treibhausgasemissionen) ergibt sich ein mittlerer Temperaturanstieg von ungefähr 4°C. Das RCP2.6 Szenario, das baldige und durchgreifende Massnahmen zur globalen Emissionsreduktion vorsieht, begrenzt den Temperaturanstieg gegenüber heutigen Verhältnissen auf ungefähr 1°C. Rechnet man die bisherige Erwärmung seit Mitte des 19. Jahrhunderts hinzu bedeutet dies die Einhaltung des vieldiskutierten 2-Grad-Klimaziels. Entsprechende Projektionen für den globalen Meeresspiegelanstieg (untere Grafik) reichen von ungefähr +0.4 m (Mittelwert für RCP2.6) bis +0.6 m (Mittelwert für RCP8.5).

Ähnlich wie die bisherigen Trends der Vergangenheit wird auch der zukünftige Klimawandel regional unterschiedlich ausgeprägt sein. Das heisst, dass die beschriebenen, global gemittelten Änderungssignale nicht für jede Region der Erde gelten. Abbildung 6 zeigt die räumliche Verteilung der prognostizierten Temperatur- und Niederschlagsänderungen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts, wiederum für die beiden Emissionsszenarien RCP2.6 (links) und RCP8.5 (rechts). Eine relativ starke Erwärmung wird in den hohen Breiten erwartet, vor allem bedingt durch den Rückgang des Meereises und von saisonal schneebedeckten Flächen (polar amplification). Verschiedene Modelle sind sich in diesem Muster weitgehend einig (gepunktete Gebiete). Landflächen, vor allem jene im Inneren der Kontinente, erwärmen sich generell stärker als der thermisch trägere Ozean. Beide Emissionsszenarien zeigen qualitativ ähnliche räumliche Verteilungen, jedoch auf unterschiedlichen Niveaus. Während für das starke RCP8.5 Szenario Erwärmungen von zum Teil mehr als 7°C erwartet werden, liegt der projizierte Temperaturanstieg für RCP2.6 über weiten Teilen der Erdoberfläche unter 2°C.

Das räumliche Muster der Änderung des mittleren Jahresniederschlags zeigt im starken RCP8.5 Szenario deutliche Zunahmen in hohen Breiten sowie, mit einigen Ausnahmen, entlang des Äquators. Für viele subtropische Regionen sowie auch für den Mittelmeerraum werden Abnahmen erwartet. Generell besteht bezüglich der räumlichen Muster der Niederschlagsänderung jedoch eine deutlich grössere Uneinigkeit zwischen einzelnen Modellen als bei der Temperatur (grosse schraffierte Flächen). Für RCP2.6 sind die projizierten Änderungssignale klein, können für das starke RCP8.5 Szenario jedoch Werte jenseits von -30% bzw. +50% betragen.

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