Neue Hinweise auf eine niedigere CO2-Klimasensitivität

Wie stark erwärmt CO2 das Klima? Ein Teil der Klimaskeptiker sagt, dass das CO2 überhaupt keine Erwärmungswirkung besitzt. Ein anderer Teil sieht durchaus eine Erwärmungswirkung, die jedoch unterhalb der vom IPCC angegebenen Spanne von 1,5-4,5°C Erwärmung pro CO2-Verdopplung liegen soll. Wiederum ein anderer Teil der Skeptiker vermutet eine Erwärmung am unteren Rand innerhalb der IPCC-Spanne. In unserem Buch “Die kalte Sonne” hatten wir Beispiele für 1,5°C und 1,0°C pro CO2-Verdopplung vorgestellt. Die sogenannte CO2-Klimasensitivität bleibt weiterhin eine kontrovers diskutierte Größe. Im letzten IPCC-Bericht (AR5) hatten sich die Experten so zerstritten, dass sie sich nicht einmal mehr auf einen besten Schätzwert einigen konnten.

Zuletzt gab es vermehrte Hinweise darauf, dass die CO2-Klimasensitivität wohl eher am unteren Rand der IPCC-Spanne liegt. Siehe unsere Blogbeiträge hier. Im Folgenden wollen wir Sie auf den neuesten Stand der Diskussion bringen. Was hat sich in den letzten Monaten auf diesem Feld getan?

Im Oktober 2016 stellten Zeng & Geil 2016 in den Geophysical Research Letters eine Temperaturprognose vor, in der sie auch die bisherigen Messwerte verstärkt berücksichtigen. Dabei kommen sie auf eine Klimasensitivität (ECS) von 2,34°C pro CO2-Verdopplung, was deutlich unterhalb des vom IPCC (AR4) genannten Mittelwerts von 3,0°C liegt. Zeng & Geil 2016 schreiben im Haupttext der Arbeit:

Then our equilibrium climate sensitivity of 2.34°C is within the IPCC [2013] range of 1.5–4.5°C, and our transient climate response of 1.46°C is also within the IPCC [2013] range

Hier der Abstract:

Global warming projection in the 21st century based on an observational data-driven model
Global warming has been projected primarily by Earth system models (ESMs). Complementary to this approach, here we provide the decadal and long-term global warming projections based on an observational data-driven model. This model combines natural multidecadal variability with anthropogenic warming that depends on the history of annual emissions. It shows good skill in decadal hindcasts with the recent warming slowdown well captured. While our ensemble mean temperature projections at the end of 21st century are consistent with those from ESMs, our decadal warming projection of 0.35 (0.30-0.43) K from 1986–2005 to 2016–2035 is within their projection range and only two-thirds of the ensemble mean from ESMs. Our predicted warming rate in the next few years is slower than in the 1980s and 1990s, followed by a greater warming rate. Our projection uncertainty range is just one-third of that from ESMs, and its implication is also discussed.

Bereits im Mai 2016 hatte Ray Bates in Earth and Space Science ein anderes Modell vorgestellt, in dem er eher Werte um 1°C für die Klimasensitivität errechnete:

Estimating climate sensitivity using two-zone energy balance models
Estimates of 2 × CO2 equilibrium climate sensitivity (EqCS) derive from running global climate models (GCMs) to equilibrium. Estimates of effective climate sensitivity (EfCS) are the corresponding quantities obtained using transient GCM output or observations. The EfCS approach uses an accompanying energy balance model (EBM), the zero-dimensional model (ZDM) being standard. GCM values of EqCS and EfCS vary widely [Intergovernmental Panel on Climate Change range: (1.5, 4.5)°C] and have failed to converge over the past 35 years. Recently, attempts have been made to refine the EfCS approach by using two-zone (tropical/extratropical) EBMs. When applied using satellite radiation data, these give low and tightly constrained EfCS values, in the neighborhood of 1°C. These low observational EfCS/two-zone EBM values have been questioned because (a) they disagree with higher observational EfCS/ZDM values and (b) the EfCS/two-zone EBM values given by GCMs are poorly correlated with the standard GCM sensitivity estimates. The validity of the low observational EfCS/two-zone EBM values is here explored, with focus on the limitations of the observational EfCS/ZDM approach, the disagreement between the GCM and observational radiative responses to surface temperature perturbations in the tropics, and on the modified EfCS values provided by an extended two-zone EBM that includes an explicit parameterization of dynamical heat transport. The results support the low observational EfCS/two-zone EBM values, indicating that objections (a) and (b) to these values both need to be reconsidered. It is shown that in the EBM with explicit dynamical heat transport the traditional formulism of climate feedbacks can break down because of lack of additivity.

Am 20. März 2017 erschien nun ein Paper von Hermann Harde im International Journal of Atmospheric Sciences, in dem er auf eine Klimasensitivität (ECS) von 0,7°C kommt:

Radiation Transfer Calculations and Assessment of Global Warming by CO2
We present detailed line-by-line radiation transfer calculations, which were performed under different atmospheric conditions for the most important greenhouse gases water vapor, carbon dioxide, methane, and ozone. Particularly cloud effects, surface temperature variations, and humidity changes as well as molecular lineshape effects are investigated to examine their specific influence on some basic climatologic parameters like the radiative forcing, the long wave absorptivity, and back-radiation as a function of an increasing CO2 concentration in the atmosphere. These calculations are used to assess the CO2 global warming by means of an advanced two-layer climate model and to disclose some larger discrepancies in calculating the climate sensitivity. Including solar and cloud effects as well as all relevant feedback processes our simulations give an equilibrium climate sensitivity of = 0.7°C (temperature increase at doubled CO2) and a solar sensitivity of = 0.17°C (at 0.1% increase of the total solar irradiance). Then CO2 contributes 40% and the Sun 60% to global warming over the last century.

Ein paar Tage zuvor hatte Antero Ollila auf WUWT eine Abhandlung auf WUWT veröffentlicht, bei der er eine transient climate Response (TCR) von 0,6°C bestimmt:

On the Reproducibility of the IPCC’s climate sensitivity
[...] The conclusion is that the IPCC’s warming values are about 200 % too high (1.75 degrees versus 0.6 degrees) because both the CO2 radiative forcing equation, and the CS calculation include water feedback. It is well-known that IPCC uses the water feedback in doubling the GH gas effects; even though there are relative humidity measurements showing that this assumption is not justified. CO2 radiative forcing by Myhre et al. includes also water feedback, and this has not been recognized before the author’s studies. This feature explains too high of a contribution of CO2.

Die ansonsten üblicherweise zitierte equilibrium climate sensitivity (ECS) würde entspreched höher liegen. Ollila schreibt hierzu jedoch:

The calculation of the equilibrium CS (ECS) by IPCC applies positive feedbacks, which are not observed so far and are therefore very theoretical.

Die zuletzt genannten Arbeiten mit Werten unterhalb von 1,0°C erinnern auch an eine Berechnung von Dietze (2003), in der eine ECS von 0,65°C pro CO2-Verdopplung vorschlagen wurde. In dem Aufsatz erläutert Peter Dietze auch, dass Stephen Schneider früher wohl von einem ähnlichen Wert ausgegangen sein muss:

Hinsichtlich der Übertreibung der Klimaerwärmung sei auch an Stephen Schneider mit seiner bekannten Aussage von 1989 [5.1] erinnert „To capture the public imagination, we have to offer up some scary scenarios, make simplified dramatic statements and little mention of any doubts one might have. Each of us has to decide the right balance between being effective, and being honest“. In einer Studie des Pew Center im Oktober 2000 [5.2] konstatierte er, die Klimasensitivität der Erde für CO2 sei „unbekannt“ (!), es werde jedoch „allgemein [für die Simulationsrechnungen] angenommen daß der wahrscheinlichste Gleichgewichtswert für eine CO2-Verdoppelung zwischen 1,5 und 4,5 °C liegt“. Als er wegen der solar bedingten Abkühlung nach 1940 eine kommende Eiszeit befürchtete, veröffentlichte er 1971 in Science, daß selbst eine Verachtfachung der CO2-Konzentration eine globale Erwärmung um kaum 2 °C bewirken würde [5.1].

Zu erwähnen ist auch eine Arbeit von Holger Schmithüsen und Kollegen in den Geophysical Research Letters aus dem Dezember 2015. Thema ist ein negativer Treibhauseffekt in der Antarktis.

How increasing CO2 leads to an increased negative greenhouse effect in Antarctica
CO2 is the strongest anthropogenic forcing agent for climate change since preindustrial times. Like other greenhouse gases, CO2 absorbs terrestrial surface radiation and causes emission from the atmosphere to space. As the surface is generally warmer than the atmosphere, the total long-wave emission to space is commonly less than the surface emission. However, this does not hold true for the high elevated areas of central Antarctica. For this region, the emission to space is higher than the surface emission; and the greenhouse effect of CO2 is around zero or even negative, which has not been discussed so far. We investigated this in detail and show that for central Antarctica an increase in CO2 concentration leads to an increased long-wave energy loss to space, which cools the Earth-atmosphere system. These findings for central Antarctica are in contrast to the general warming effect of increasing CO2.

Eine gute Übersicht zur Debatte der Klimasensitivität finden Sie in einem Vortrag von Marcel Crok, den er im Dezember 2015 in Essen hielt:

 

Angesichts der vielen Hinweise auf eine geringere CO2-Klimasensitivität wundert es nicht, dass die Hardliner im IPCC vorsorgen und im Gegenzug Papers mit hohen Werten publizieren. Im kommenden IPCC-Bericht (AR6) werden diese dann gleichberechtigt verwendet, so dass am Ende alles beim Alten bleiben kann. Eine tolle Taktik. Beispiel 1 stammt von Richardson et al. 2016 im IPCC-nahen Blatt Nature Climate Change. Darin wird behauptet, die gemessenen Temperaturen wären falsch gemessen. Wenn man die richtigen (nicht gemessenen) Temperaturen verwenden würde, dass würde die IPCC-Klimasensitivität auch stimmen. Klingt logisch, oder? Judith Curry und Nick Lewis (hier und hier) entzauberten die Abhandlung elegant. Judith Curry schrieb:

The key issue that this paper raises is about the quality of the global surface temperature data sets, particularly related to sampling. The paper infers that the trend of surface temperature anomalies in HadCRUT4 are 9-40% lower than the true global averages. Is this believable? Well the uncertainty in surface temperature trends (9-40%) doesn’t seem implausible, but the inference that the uncertainty is only on the side of insufficient warming doesn’t seem plausible.

Beispiel 2: Carolyn Snyder wollte es offenbar besonders gut machen. Im Oktober 2016 schlug sie in Nature doch tatsächlich eine Klimasensitivität von 7-13°C vor. Das gab sicher eine Festanstellung oder Beförderung. Möglicherweise ignoriert Snyder, dass der CO2 Anstieg nach einem Glazial rund 800 Jahre NACH der Wiedererwärmung einsetzt und daher nicht die eigentliche Ursache sein kann, sondern höchstens verstärkend wirkt. Da ist wohl etwas schief gelaufen. Nature war es egal, hauptsache krasser Alarm. Siehe auch Beiträge hierzu auf JoNova und WUWT.