Robert Klatt
Temperaturänderungen in der mittleren bis oberen Stratosphäre wurden laut einer neuen Messmethode zweifelsfrei durch CO₂-Emissionen des Menschen verursacht.
Livermore (U.S.A.). In der Wissenschaft werden Unterschiede in den Temperaturtrends der untersten Schicht der Atmosphäre (Troposphäre) und der Stratosphäre seit Langem als ein Zeichen für menschliche Einflüsse auf das Klima anerkannt. Der Einfluss des Menschen aus die mittlere bis obere Stratosphäre, in denen es laut Satellitenmessungen in den letzten Jahren ebenfalls zu starken Veränderungen in der Temperaturstruktur gekommen ist, wurden bisher hingegen kaum untersucht. Die Ursache der Temperaturänderungen konnte deshalb bisher nicht geklärt werden.
Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben nun erstmals mit der Erweiterung von Fingerabdruck-Techniken, die zur Identifizierung der menschlichen Auswirkungen auf das Klima genutzt werden, die mittlere bis obere Stratosphäre, die sich 25 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche befinden, untersucht. Die neue Methode kann die menschlichen Einflüsse auf das Klima fünfmal genauer analysieren.
Wie Stephen Po-Chedley erklärt, zeigen die im Fachmagazin PNAS publizierten Ergebnisse deutlich, dass die Temperaturänderungen durch den Einfluss des Menschen ausgelöst wurden.
„Die Einbeziehung der mittleren bis oberen Stratosphäre in die vertikale Fingerabdruck-Analyse liefert klare Beweise für menschliche Einflüsse auf die thermische Struktur der Erdatmosphäre.“
Die Ausweitung der Fingerabdruck-Analyse auf die obere Stratosphäre und der Vergleich verbesserten Klimamodell-Ergebnissen mit beobachteten Temperaturmessungen, die nun einen Zeitraum von 37 Jahren abdecken, führt dazu, dass es praktisch unmöglich geworden ist, die durch Satelliten gemessenen Trends in der gesamten Struktur der Erdatmosphäre mit natürlichen Ursachen zu erklären.
In der Troposphäre können Störungen durch tägliches Wetter, durch interannuale Schwankungen aufgrund von El Niño und La Niña Phänomenen sowie durch längerfristige natürliche Klimaschwankungen auftreten. In der oberen Stratosphäre hingegen ist das Rauschen der Variabilität geringer und das Signal der vom Menschen verursachten Klimaveränderung größer, wodurch das Signal viel leichter zu erkennen ist.
Die Nachweisbarkeit ergibt sich aus dem charakteristischen Muster und der Größe der Temperaturveränderung in der Stratosphäre durch CO₂-Emissionen. Die durch den Menschen verursachte Abkühlung der Stratosphäre ist groß und nimmt mit der Höhe zu. Im Gegensatz dazu sind natürliche Schwankungen in der Stratosphärentemperatur kleiner und führen zu einem anderen Abkühlungsmuster.
Bereits 1967 haben Syukuro Manabe und Richard Wetherald in Simulationen mit einem einfachen strahlungsgetriebenen Konvektionsklimamodell die Temperaturauswirkungen von CO2 quantifiziert. Ihre Forschungsergebnisse zeigten eine Erwärmung der Troposphäre und eine Abkühlung der Stratosphäre, wobei die Abkühlung mit zunehmender Höhe über der Tropopause verstärkt werden sollte. Das von Manabe und Wetherald vorhergesagte Temperaturprofil wurde später durch komplexere Modelle und Beobachtungen bestätigt.
Frühere Studien, die auf Muster basierten und versuchten, einen menschlichen Einfluss in Daten zur Atmosphärentemperatur von Wetterballons und Satelliten zu erkennen, ließen jedoch die mittlere bis obere Stratosphäre außer Acht. Dort wird jedoch erwartet, dass das Temperatursignal einer CO₂-Zunahme deutlich größer ist als in der Troposphäre oder der unteren Stratosphäre.
„Bei der Suche nach einem menschlichen CO₂-Signal hat die mittlere bis obere Stratosphäre den zusätzlichen Vorteil, dass sie weniger von Partikelverschmutzung und von menschlich verursachten Veränderungen in der stratosphärischen Ozonschicht betroffen ist als die unteren Atmosphärenschichten.“
Die vorliegende Studie baut auf früheren Fingerabdruck-Untersuchungen auf, die ausschließlich auf Daten der Mikrowellen-Sondeneinheit (MSU) für die Schätzung von Breiten-Höhen-Profilen der atmosphärischen Temperaturänderung beruhten. In der neuen Untersuchung verglich das Team die in verbesserten Satellitendatensätzen beobachteten atmosphärischen Temperaturtrends mit denen, die in neueren Modellsimulationen des historischen Zeitraums erhalten wurden. Die Simulationen lieferten Schätzungen für das erwartete Signal aufgrund menschlicher Einflüsse auf das Klima.
Das Team verwendete auch eine Vielzahl von Kontrollläufen in einer vormenschlichen Zeit, in denen es keine jährlichen Veränderungen in menschlichen oder natürlichen externen Faktoren gab. Diese Kontrollläufe liefern Schätzungen über den Rauschpegel, der aus natürlichen internen Klimaschwankungen resultiert. Die durch Satelliten beobachteten Änderungen in der atmosphärischen Temperatur stimmten mit den vom Menschen verursachten Änderungen überein und ergaben ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis.
PNAS, doi: 10.1073/pnas.2300758120
