Alles nur Schall und Rauch? Der Wasserdampf-Verstärker als Achillesferse in der Klimamodellierung

Von Klaus-Eckart Puls und Sebastian Lüning

Seit 20 Jahren erklären uns die Damen und Herren Klima-Modellierer, dass sich die Erdatmosphäre bei einer CO2-Verdopplung um 2 bis 4,5°C und mehr erwärmen würde. Allerdings gibt es dabei eine Kleinigkeit, die aus der öffentlichen Diskussion gerne herausgehalten wird, nämlich dass das CO2 aus rein physikalischen Gründen lediglich 1,1°C Erwärmung pro Verdopplung leisten kann. Und letzteres ist keineswegs eine unerhörte Skeptiker-Behauptung, sondern ist auf beiden Seiten der Klimadiskussion anerkannt. Was schraubt also den Wert der sogenannten Klimasensitivität so dramatisch nach oben, auf das doppelte, dreifache, vierfache oder gar fünffache der CO2-Klimakraft? Es sind die berühmt-berüchtigten Klima-Verstärker des IPCC. Nur mit diesen „unterstützenden Mitteln“ kann das CO2 seine angeblich gefährliche Klimaleistung bringen. Während im Radsport Wachstumshormone und EPO die schweren Bergetappen kinderleicht werden lassen, müssen in den Klimamodellen „Spezialeffekte“ auf der Basis von Wolken und Wasserdampf ran, um das CO2 zum Sieger in der Klima-Olympiade werden zu lassen. Im Folgenden wollen wir uns mit dem atmosphärischen Wasserdampf etwas näher beschäftigen und überprüfen, was vom ominösen IPCC-Wasserdampf-Verstärker im Lichte der aktuellen wissenschaftlichen Resultate heute zu halten ist (siehe auch Kapitel 6 in „Die kalte Sonne“).

 

Was ist Wasserdampf?

Das ist die gasförmige Phase des Wassers. Diese Bezeichnung ist physikalisch etwas unglücklich, weil sie oft verwechselt wird mit Wolken, Waschküchen-Dampf oder Wiesen-Nebel. Die vorstehend aufgeführten Erscheinungs-Formen sind jedoch physikalisch etwas ganz anderes, nämlich die flüssige Phase (Aggregat-Zustand) des Wassers in Form von Tröpfchen.

 

Was bedeutet Klimasensitivität?

Als Maß für einen abgeschätzten Summen-Effekt von direkter Strahlungs-Wirkung und indirekten Rückkopplungs-Mechanismen im Klima-System wurde die so genannte Klimasensitivität konstruiert, z.B. für CO2. Wikipedia weiß:

“Die Klimasensitivität ist eine Größe, die die globale Erwärmung der Erdatmosphäre durch die Wirkung von Treibhausgasen ins Verhältnis zu einer Strahlungseinheit setzt. Man kann sie in °C pro Watt/m² angeben. Geläufiger ist jedoch die Angabe der Klimaerwärmung bei Verdoppelung der CO2-Konzentration. Das heißt, dass die Durchschnittstemperatur der Erde um diesen Betrag ansteigt, wenn sich die CO2-Konzentration von den vorindustriellen 280 ppm auf dann 560 ppm erhöht. [...] Das IPCC gibt in seinem 2007 erschienenen Vierten Sachstandsbericht Werte zwischen 2 und 4,5°C als “wahrscheinlich“ an. Der beste mittlere Schätzwert liege bei 3°C”.

Diese auch von den Klima-Instituten und dem IPCC verbreitete Definition ist für einen physikalisch weniger gebildeten Leser kaum überschaubar, kaum begreifbar. Sie “vernebelt” auch von Anfang an, dass die vom IPCC in die Medien transportierten Temperatur-Prognosen von 2-4,5 Grad auch nicht annähernd durch den Treibhaus-Effekt z.B. von CO2-Verdoppelung  zu erzielen sind, sondern dass es dazu spekulativer und fragwürdiger und im Detail unbekannter Rückkopplungs-Annahmen bedarf.

 

Wasserdampf in der Troposphäre

Die Grund-Idee der “Wasserdampf-Verstärkung” erscheint zunächst einfach: Wenn die Temperaturen durch den von CO2 lediglich um einige Zehntel Grad bewirkbaren Treibhaus-Effekt steigen, verdunstet auch mehr Wasser, und hierdurch erhöht sich der Wasserdampf-Gehalt der Atmosphäre. Da der Wasserdampf ein viel stärkeres Treibhausgas ist als das CO2, steigert er die Erwärmung und verstärkt damit den vom CO2 angestoßenen Erwärmungsprozess.

Eine schöne Theorie. Schauen wir doch mal in den Messwerten nach, ob CO2 und der Wasserdampf wirklich so eng und positiv miteinander verbandelt sind, wie es uns der IPCC versprochen hat. Fangen wir mit dem CO2 an: Dieses ist in den letzten Jahrzehnten stetig angestiegen, eine ganz klare Entwicklung. Laut IPCC-Theorie müsste also der Wasserdampf genau das gleiche gemacht haben, nämlich ansteigen, um das CO2 in seiner Erwärmungswirkung zu verstärken. Die US-amerikanische National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) hat den Wasserdampf auf ca. 9 km Höhe (300 hPa) die letzten fünfzehn Jahre gemessen. Das Ergebnis fällt jedoch leider nicht ganz so aus, wie die Klima-Modellierer es gerne hätten: Der Wasserdampfgehalt ist in dieser Zeit nämlich leicht gefallen. NASA Satellitendaten zeigten zudem, dass der Wasserdampfrückgang einen Abkühlungsbetrag verursacht haben muss, der 16 mal stärker ausfällt als die durch CO2 vermutete Erwärmung im gleichen Zeitraum (siehe auch Beitrag auf WUWT). Anstatt das CO2 bei der Erderwärmung zu verstärken, hat der Wasserdampf das CO2 fies im Stich gelassen. Eine böse Enttäuschung.

Gehen wir in der historischen Betrachtung noch etwas weiter zurück und schauen uns die letzten 80 Jahre in den USA an. Das Forscherduo Brown und DeGaetano fanden in einer 2012 im Journal of Applied Meteorology and Climatology veröffentlichten Studie heraus, dass sich die spezifische Feuchte von 1930-2010 in den USA im Gegensatz zu IPCC-Modellvorstellungen kaum verändert hat.

Auch Roger Pielke Sr. hat mehrfach (hier und hier) darauf hingewiesen, dass der starke vom Weltklimarat postulierte Wasserdampf-Anstieg der unteren Atmosphäre in den realen Daten nicht enthalten ist, und daher die Modelle dringend revidiert werden müssen.

Auch ein Gutachter des aktuell entstehenden 5. Klimazustandsberichts hat sich mittlerweile öffentlich zu Wort gemeldet. Der Klimawissenschaftler Forrest M. Mims III wies in seiner Kritik am derzeitigen Berichtstext ebenfalls darauf hin, dass der gemessene Wasserdampf keine belastbaren Trends aufweist, die vom IPCC im neuen Bericht verwendeten Modellierungen jedoch alle von einem starken Wasserdampfanstieg ausgehen. Derart fehlerhafte Modelle sind zur Erstellung von Prognosen selbstredend nicht geeignet, und als Basis für teuere und wirtschaftlich ruinöse CO2-Minderungs-Maßnahmen schon gar nicht!

 

Abbildung: Rückgang der globalen relativen Luftfeuchtigkeit in den letzten Jahrzehnten. Quelle: Tallbloke’s Talkshop

 

Abbildung: Entwicklung des niederschlagsfähigen Wasserdampfgehalts während der vergangenen 25 Jahre. Quelle: Tallbloke’s Talkshop

 

Wasserdampf in der Stratosphäre

Eine 2010 veröffentlichte Studie von Susan Solomon und Kollegen auf der Basis von Satelliten-Daten zeigt, dass in der Stratosphäre ein “auf und ab” des Wasserdampf-Gehaltes gemessen wird:

“Observations from satellites and balloons show that stratospheric water vapor has had its ups and downs lately, increasing in the 1980s and 1990s, and then dropping after 2000.” 

Die Ursache dafür ist unbekannt:

Since 2000, water vapor in the stratosphere decreased by about 10 percent. The reason for the recent decline in water vapor is unknown.”

Auch Stephan Fueglistaler von der Princeton University beschreibt in einer Arbeit von 2012 im Journal of Geophysical Research den unerwarteten Rückgang des stratosphärischen Wasserdampfgehaltes der seit mehr als einem Jahrzehnt anhält. Erstaunt stellt Fueglistaler in seiner Studie fest:

„The evidence for the results presented here is circumstantial, but they would imply that decoupling between stratospheric water trends and tropical tropopause temperatures can occur on short timescales.”

 

Wasserdampf in der Gesamtatmosphäre

In einem NASA-Projekt wurde der Total-Wasserdampf-Gehalt der Atmosphäre untersucht:

“The NASA Water Vapor Project (NVAP) dataset is a global (land and ocean) water vapor dataset created by merging multiple sources of atmospheric water vapor to form a global map of total and layered precipitable water vapor.”

 

Abbildung: Wasserdampfgehalt 1988-2009 in der Atmosphäre; Vonder Haar et al. (2012), siehe auch Blogartikel im Kalte-Sonne-Blog.

 

In den Schlussfolgerungen ihres Papers schreiben die Forscher:

“Zu diesem Zeitpunkt können wir das Vorhandensein eines robusten Trends in der globalen Wasserdampfentwicklung weder beweisen noch widerlegen.“

Während das CO2 die letzten Jahrzehnte lang monoton angestiegen ist, hat der Wasserdampf seit nunmehr 14 Jahren offenbar eine Pause eingelegt und stagniert bzw. fällt sogar leicht ab. Eine Kopplung von CO2 und Wasserdampf ist in dieser Zeit nicht erkennbar (siehe auch Beitrag von Marcel Crok).

 

Global mehr Niederschläge ?

Diesem Thema gibt auch der SREX-Spezialbericht des IPCC vor der Klima-Konferenz in Durban (2011) Raum, worüber DER SPIEGEL wie folgt berichtet:

“Mehr Hitze lässt mehr Wasser verdampfen – ergo mehr Regen. Diese Cocktailparty-Gleichung mag einfach klingen, doch hat sie leider nichts mit dem realen Wettergeschehen zu tun … ” …’Wir finden aber in unseren Messungen keinen Anstieg der Niederschläge’, klagt Andreas Becker vom Deutschen Wetterdienst (DWD)”.

Dazu ist anzumerken: Beim DWD ist das Welt-Niederschlags-Zentrum der WMO angesiedelt, dort gehen also die weltweit ermittelten Daten zum Niederschlag ein und werden ausgewertet. Weiter dazu DER SPIEGEL:

“Ein Messfehler ? Oder sind die Gleichungen falsch ? ‘Für die Forschung ist das ein großes Rätsel’, bekennt der Leiter des Weltzentrums für Niederschlagsklimatologie”.

 

Wasser-Verdunstung über Land nimmt ab

Die Leipziger Volkszeitung berichtete am 10.6.2011 über Forschungs-Ergebnisse des MPI Jena im Rahmen des internationalen Projektes Fluxnet-Initiative wie folgt:

“Bislang gingen Klimaforscher davon aus, dass die Erderwärmung den globalen Wasserkreislauf anheizt. Auf eine Überraschung sind nun Experten des Max-Planck-Institutes für Biogeochemie in Jena gestoßen: Sie ermittelten, dass zwischen 1998 und 2008 der weltweite Trend zunehmender Verdunstung von der Landoberfläche deutlich abgeschwächt oder sogar umgekehrt wurde.”

“…wärmere Luft kann bekanntermaßen mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Klimaforscher gingen daher bislang davon aus, dass auf der wärmer werdenden Erde mehr Wasser verdampft.

…. Da sich gleichzeitig die Temperatur der Atmosphäre leicht erhöhte, hat uns die Abschwächung  der Verdunstung doch sehr überrascht.”

“Wir lassen ausschließlich die Messdaten sprechen, wenn wir ­globale Kreisläufe wie etwa den Wasserzyklus untersuchen”, erklärt Reichstein. Die Forscher gehen also nicht wie früher üblich von hypothetischen Klimamodellen aus, um Messwerte zu ­interpretieren.”

Die hier dargestellten Ergebnisse des Projektes sind eindeutig: Die Messwerte zeigen eine dekadische Abnahme des Wasserverdunstung, die Modelle behaupten das Gegenteil! Dass die Dinge nicht ganz so einfach gelagert sind, wie der IPCC es gerne hätte, zeigt auch eine Rekonstruktion der Bodenfeuchtigkeit der letzten 30 Jahre auf Basis von Satellitendaten durch die Universität Wien:

 

Kritik an der Modellierung der Wasserdampfwirkung

Es gibt sehr viele namhafte Wissenschaftler, welche die hohe Wichtung des Wasserdampfes in den Klimamodellen kritisieren, zum Beispiel:

Roy W. Spencer, Ph. D.: “While it seems rather obvious intuitively that a warmer world will have more atmospheric water vapor, and thus positive water vapor feedback, I’ve just listed the first 5 reasons that come to my mind why this might not be the case.  …..    At a minimum, I believe the water vapor feedback issue is more complicated than most mainstream researchers think it is.“

Meteorologie-Professoren H. Kraus und U. Ebel (in Risiko Wetter, Springer-Verlag, 2007): “Mit einer Erwärmung der Atmosphäre kann auch der Wasserdampfgehalt zunehmen, und man könnte erwarten, daß sich der hydrologische Zyklus intensiviert…; ob sich Folgen wirklich einstellen, läßt sich selbst durch sehr komplexe Modellrechnungen nicht zuverlässig herausfinden.” 

Dr. Miklós Zágoni (Ungarischer Physiker) : “Contrary to the common wisdom, there is no positive H2O-Temperature feedback on global scale;  in Earth-type atmospheres uncontrolled runaway warming is not possible…”. 

Walter Cunningham (Astronaut): “NASA’s Aqua satellite is showing that water vapor, the dominant greenhouse gas, works to offset the effect of carbon dioxide (CO2). This information, contrary to the assumption used in all the warming models, is ignored by global warming alarmists.”

Prof. Dr. C.O. Weiss (eh. Dir. und Prof. an der PTB):“Der direkte Einfluss von CO2 auf die Erdtemperatur beträgt nur einen kleinen Bruchteil von 1 Grad Celsius und ist damit praktisch völlig unwichtig. Hierin stimmen fast alle Wissenschaftler überein. Die Alarmmeldungen über Erderwärmung basieren auf ANNAHMEN ( keineswegs Kenntnissen ) über die Wirkung von Wolken. In den Modellen auf die sich die Voraussagen des “Internationalen Ausschusses für Klimawandel” (IPCC). stützen wird (recht willkürlich) ANGENOMMEN, dass Wasserdampf und Wolken die geringfügigen Temperaturerhöhungen durch CO2 in katastrophaler Weise verstärken, und somit die „Klimakrise“ hervorrufen. … Obwohl dies die alles entscheidende Frage der Klimaforschung ist, sind zur Klärung dieser entscheidenden Annahmen von Seiten der “offiziellen“ Klimaforschung bisher keine Anstrengungen unternommen worden. Zwar wurden Vergleiche von Modellergebnissen mit Strahlungsmessungen von Satelliten gemacht. Da die Messungen den Modellen aber widersprachen wurden die Ergebnisse ignoriert und behauptet, die Messungen seien nicht ‘verlässlich’.”

Clive Best  (Physiker, PhD) : “Es wird gezeigt, dass eine positive lineare Klima-Rückkopplung für kombinierte Wasserdampfeffekte mit dem Schwache-Sonne-Paradoxon unvereinbar ist. Im Besonderen führen Rückkopplungswerte von ~2,0 W/m²K, wie sie die gegenwärtigem GCMs annehmen, zu nichtphysikalischen Ergebnissen hinsichtlich der Solarstrahlung vor einer Milliarde Jahren. Ein einfaches Modell wird beschrieben, wonach erdähnliche Planeten mit großen Oberflächen flüssigen Wassers bei kleinen Änderungen der einfallenden Sonnenstrahlung die Temperatur selbst regulieren können. Das Modell nimmt an, dass sich reflektierende Wolken ausbreiten, während der Treibhauseffekt mit der heller werdenden Sonne abnimmt. Die Gesamtwasserdampf-Rückkopplung des Modells ist stark negativ. Direkte Beweise für die negative Wasserdampf-Rückkopplung finden sich in den Stationsdaten von CRUTEM4, indem man die Temperaturanomalien in ariden Regionen (Wüsten und Polargebiete) mit jenen in feuchten Regionen (hauptsächlich in den Tropen) vergleicht. Alle 5600 Stationen wurden nach der Köppen-Geiger-Klimatologie (9) eingeordnet. Zwei separate Temperaturreihen von 1900 bis 2011 wurden für jedes Gebiet berechnet. Es ergab sich eine klare Differenz der Temperaturanomalien. Unter der Annahme, dass die Ursache der Differenz im atmosphärischen Wasserdampfgehalt zu suchen ist, kann ein Rückkopplungswert von -1,5 ±0,8 W/m²K abgeleitet werden.”

Universität Bremen: “Wasserdampfkarte hilft, Klimamodelle zu korrigieren”: “Ein deutsch-niederländisches Forscherteam hat nach Angaben der Universität Bremen erstmals globale Karten der Isotopenzusammensetzung von Wasser in der unteren Atmosphäre gemessen. Die Messungen des  europäischen  Umweltsatelliten Enivsat eröffnen die Möglichkeit, heutige Klimamodelle und damit Vorhersagen über Regenmengen und Überschwemmungsgefahren zu verbessern. Die Wissenschaftler verglichen die Messungen in der Sahelzone und bei Spitzbergen  mit  Modellrechnungen. Beides Mal waren die Messwerte nicht durch die Modelle reproduzierbar, so die Universität. Dies weise darauf hin, dass der tropische und arktische Wasserkreislauf in den Modellen bisher nicht vollständig korrekt erfasst seien.”

Prof. Dr. Richard Lindzen:Das ist physikalisch vollkommen absurd. In der Natur geht eine höhere Verdunstung immer mit mehr Niederschlag einher. Zudem kann eine höhere Verdunstung niemals zu einem höheren Wasserdampfgehalt in Lufthöhen von drei Kilometern führen. Und genau dort ist die kritische Grenze, da Wasserdampf zwischen 3 km und der Tropopause den Treibhauseffekt dominiert.” 

Hans von Storch (Direktor Institute for Coastal Research, Geesthacht): “Wir Klimaforscher können nur mögliche Szenarien anbieten; es kann also auch ganz anders kommen” . …damit ist das Entscheidende in einem Satz gesagt: Die Natur macht was Anderes, als die Modelle vorhersagen.

Clive Best: In einem neuen Paper findet Clive Best, dass die klimatische Wasserdampf-Rückkopplung eher stark negativ ausgeprägt ist. Verstärkungseffekte konnte Best nicht bestätigen.

Unklar ist zudem, wie die südliche Hemisphäre immer trockener werden kann, wo doch eigentlich der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre stetig steigen sollte.

 

Fazit

Bei CO2-Verdoppelung in einer realen, wasserdampfhaltigen Atmosphäre ist der zusätzliche Treibhaus-Effekt von CO2 auf der Basis von Labor-Messungen recht gering. Aus rein physikalischen Gründen kann das CO2 lediglich 1,1°C Erwärmung pro Verdopplung leisten. Die Modelle der IPCC-nahen Institute erzielen daher die ständig propagierten 2- 4,5 Grad und mehr globaler Erwärmung nicht mit CO2, sondern mit Verstärkungs-Hypothesen, insbesondere mit der Wasserdampf-Verstärkung. Daraus folgt: Nach der säkularen Erwärmung im 20. Jahrhundert um ca. 0,7 Grad müsste einerseits der Wasserdampf-Gehalt der Atmosphäre schon messbar zugenommen haben, andererseits müsste die Temperatur von Jahrzehnt zu Jahrzehnt beschleunigt ansteigen. Beides wird von den meteorologischen Messungen widerlegt: Weder in der Troposphäre noch in der Stratosphäre sind solche Trends zu beobachten, eher ein leichter, aber zugleich stetiger Trend zu weniger Wasserdampf, ebenso zu weniger Verdunstung am Boden.

Die aktuellen Klimamodellierungen sind offensichtlich falsch. Sie können in der gegenwärtigen Form als Basis für Klima-Entscheidungen aller Art nicht verwendet werden, ja – sie sind wegen der volkswirtschaftlich weitreichenden politischen Schlussfolgerungen sogar gefährlich !