Atmosphärische Temperaturtrends widersprechen der Behauptung, der Klimawandel sei natürlich

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Neue Forschungsergebnisse liefern eindeutige Beweise für einen menschlichen „Fingerabdruck“ beim Klimawandel und zeigen, dass bestimmte Signale menschlicher Aktivitäten die Temperaturstruktur der Erdatmosphäre verändert haben.

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

„Die Einbeziehung dieser Informationen verbessert die Erkennbarkeit eines menschlichen Fingerabdrucks um den Faktor fünf. Eine verbesserte Erkennbarkeit entsteht, weil die mittlere bis obere Stratosphäre ein großes Abkühlungssignal durch vom Menschen verursachte CO2-Anstiege, geringe Rauschpegel natürlicher interner Variabilität und unterschiedliche Signal- und Signalwerte aufweist Rauschmuster“, heißt es in dem in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Zeitschriftenartikel „Exceptional stratospheric contribution to humanfingerprints on atmosphärische Temperatur“. Lärm in der Troposphäre kann tagesaktuelles Wetter, zwischenjährliche Schwankungen aufgrund von El Niños und La Niñas sowie 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 des Fingerabdrucks auf die obere Stratosphäre mit langen Temperaturaufzeichnungen und verbesserten Klimamodellen bedeutet, dass es jetzt praktisch unmöglich ist, durch natürliche Ursachen satellitengemessene Trends in der thermischen Struktur der Erdatmosphäre zu erklären“, heißt es in dem Papier.

„Dies ist der klarste Beweis, den es gibt, dass ein vom Menschen verursachtes Klimawandelsignal mit einem CO2-Anstieg verbunden ist“, so Hauptautor Benjamin Santer, außerordentlicher Wissenschaftler in der Abteilung für physikalische Ozeanographie am Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI) in Massachusetts.

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Die Forschung wurde durch frühere Arbeiten von Suki Manabe und Richard Wetherald motiviert, die 1967 mithilfe eines einfachen Klimamodells untersuchten, wie CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe die Atmosphärentemperatur verändern könnte. Ihre Modellierung ergab 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 zu einem geringeren Entweichen von Wärme weiter oben in die Stratosphäre (der Schicht über der Troposphäre), wodurch sich die Atmosphäre erwärmte Troposphäre und Abkühlung der Stratosphäre. Diese Vorhersage der Erwärmung der Troposphäre und der Abkühlung der Stratosphäre als Reaktion auf den CO2-Anstieg wurde viele Male durch komplexere Modelle bestätigt und durch den Vergleich der Modellergebnisse mit Beobachtungen der globalen mittleren atmosphärischen Temperatur von Wetterballons und Satelliten verifiziert.

Obwohl diese früheren Studien globale mittlere Temperaturänderungen in der mittleren und oberen Stratosphäre, etwa 25 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche, berücksichtigten, untersuchten sie nicht detaillierte Muster des Klimawandels in dieser Schicht. Dank verbesserter Simulationen und Satellitendaten kann diese Region nun 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 Kräfte unterscheiden. Diese einzigartigen Fingerabdrücke ermöglichen die Erkennung.“ „Wir haben den menschlichen Einfluss auf den Klimawandel aufgrund von CO2 in einem kurzen Zeitraum (ca. 10 – 15 Jahre) mit hoher Zuversicht untersucht“, erklärte Co-Autor Qiang Fu, Professor am Department of Atmospheric Sciences der University of Washington.

„Die Welt leidet unter dem Klimawandel, daher ist es von entscheidender Bedeutung, sich der Rolle von Kohlendioxid so sicher wie möglich zu sein“, 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 deutlich macht und das Vertrauen erheblich stärkt.“

Santer sagte, dass es zwar intellektuell erfreulich sei, Fingerabdrücke weiter oben in der Atmosphäre ausdehnen zu können, um die Vorhersage von Manabe und Wetherald zu überprüfen, es aber auch zutiefst besorgniserregend sei.

„Als jemand, der versucht zu verstehen, in welcher Welt zukünftige Generationen leben werden, machen mir diese Ergebnisse große Sorgen. Wir verändern die thermische Struktur der Erdatmosphäre grundlegend, und es bereitet 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, dass diese Entscheidungen auf unserem besten wissenschaftlichen Verständnis der Realität und der Schwere der menschlichen Auswirkungen auf das Klima basieren.“

Referenz: Santer BD, Po-Chedley S, Zhao L, et al. Außergewöhnlicher stratosphärischer Beitrag zu menschlichen Fingerabdrücken auf die atmosphärische Temperatur. PNAS. 2023;120(20):e2300758120. doi: 10.1073/pnas.2300758120

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