Ansichten zur Klimavoraussage

Inhalt des Text-Teiles

1. Des Menschen Blick in die Zukunft

2. Die Mittelwert-Bildung

3. Die paläoklimatischen Messdaten

4. Der Einfluss des Menschen auf seine Umwelt, das globale Klima

5. Die Voraussetzungen für Klimavoraussagen hoher Wahrscheinlichkeit

6. „Sichere“ Klimaaus- und –voraussagen

7. Der Stand der Erkenntnis von Klima-Prognosen

8. Erkenntnis – Wie geht es weiter?

Literatur-Hinweise:

Rasemann, W. – M. Herbst. Probenahme und geostatistische Datenanalyse zur Bewertung von Altablagerungen. 2. Tagung „Probenahme“ IQS TU Freiberg, 1996. S. 25-40. Vgl. auch: Umweltwissenschaften u. Schadstoff-Forschung 10(1998)1 S. 81-89, Freib. Forschungshefte 2000.

Rasemann, W. Repräsentativität von Stoffdaten – ein statistischer Ansatz zur Begriffsbestimmung.

8. Freiberger Probenahmetagung. IQS TU Freiberg. 8./9.11.2002, S. V 2, S.1 bis 8

Sommer, K. Probenahme zur Qualitätssicherung, wie viel? Wie groß? Wo? Ebda. V1, S. 1 bis 12.

Rabich, A. Die Bestimmungs-Unsicherheit von Stoff-Inhaltsbestandteilen bei heterogenen Massen.

2. Tagung Arbeitskreis „Probenahme“, IQS TU Freiberg, V 11, S. 105 bis 117.

Dr.-Ing. Adalbert Rabich, Dülmen

22.03.2009

1. Des Menschen Blick in die Zukunft.

Täglich wird der Mensch mit den voraussichtlichen Entwicklungen des Wetters, der Wirt­schaft, der Wärmeentwicklung seiner Atmosphäre konfrontiert. Das Bedürfnis etwas darüber zu „wissen“, was die Zukunft ihm bringen wird, ist schon seit alten Zeiten vorhanden. Dass es nicht beeinflussbare Naturgewalten und Gesetzmäßigkeiten gibt, ist ihnen durch tägliche Er­fahrung bekannt. Weltweit verehren sie die Sonne als etwas, die ihnen in verschiedenen Regi­onen das Leben erst ermöglicht. Über das, was ihnen persönlich womöglich in der Zukunft verfährt, suchen sie bereits im Altertum Rat an Orakel-Stätten, um sich dort von Sehern oder Seherinnen weissagen zu lassen. Bei Zweideutigkeiten der Antworten wählen sie oft – menschlich bedingt - die ihnen naheliegende und für sie günstige.

In den letzten Jahrhunderten ist der Erfahrungsschatz in den Naturwissenschaften ungeheuer angewachsen und man nutzt erfasste Daten entsprechend den Naturgesetzen und den mathe­matischen Folgerungen aus der Statistik für das Errechnen von Wahrscheinlichkeiten des Eintreffens zukünftiger Ereignisse durch Fortschreibung vergangenen Geschehens. Allen auf­geklärten Menschen ist aber bewusst, dass wegen der Datenlücken und der bei der Fort-Rech­nung auftretenden Fehler Ungewissheiten entstehen, die nicht immer größenmäßig angebbar sind. Zuweilen kommt es sogar vor, dass etwas deshalb als „sicher“ bezeichnet wird, weil das für die Meinung eines Teils von Menschen zweckmäßig erscheint. Heute kennen wir den Rat der Weisen oder Wissenschafts-Experten, die den Politikern oder dem Volk verkünden, wie der Wagen weiterlaufen wird. Nicht selten wird mit abstrakten Modellen, die den Anschein der Exaktheit erwecken und damit unangreifbar erscheinen können – bis sie, wie zurzeit, an der Realität jämmerlich scheitern.^[1]

Jeder hat seine eigenen Erlebnisse und hat sich ein Bild der Tatsächlichkeit geschaffen. Bei kurzfristigen Prognosen wie solchen vom örtlichen Wetter für die nächsten drei Tage oder von Jahres-Voraussagen wirtschaftlichen Wachstums von Deutschland kann er prüfen, was denn nun gestimmt hat – und man kann das dann über längere Zeit fortsetzen: wie oft traf diese Art von Prognosen tatsächlich ein? [Folie 3]^[2]. Wenn man den Bogen in noch fernere Zukunftsereignisse spannt, dann wird es kritisch und man muss sich fragen: wie unscharf oder wie ungenau ist die Prognose, z.B. die für einem Klima in hundert Jahren?

Die moderne Wissenschaft bedient sich gesicherter Messdaten in Reihen über längere Zeit und schreibt diese fort, eingedenk der möglichen Abweichungen mit Wahrscheinlichkeiten belegt. Aber wir können nicht alles messen, was womöglich in einem komplexen System von Einfluss ist, und wir können nicht alles einwandfrei mathematisch beschreiben. Der Mensch ist in seinem Anschauungs- und Vorstellungsvermögen beschränkt, weshalb er geneigt ist, vereinfachte Modelle als Hilfsmittel zu verwenden, allerdings eingedenk der möglichen Un­zulänglichkeiten und Schwächen. Wenn er dasjenige, was er misst, als Grundlage nicht reicht, verwendet er Modell-Simulationen ^[3], er „prüft“, wie durch Verändern gewisser Einflußgrö-ßen sich die Ergebnisse verändern und überlegt, welches Ergebnis realistisch als weiter zu ge-brauchende Annahme berechtigt ist. Ein wichtiger Grundsatz heißt dann in einer Forschungs-Abteilung: erkennst Du einen Fehler, so beseitige ihn so schnell wie möglich, macht einer sich auf ein Denk- oder Folgerungsfehler aufmerksam, so sei ihm dankbar!

Vor über 50 Jahren setzten sich einige „Experten“ zusammen, um auf Grund der Erfahrungen biomathematischer Entwicklungs-Gesetze das künftige Wachstum von Bevölkerung, Wirt­schaft, Rohstoff-Vorräten usw. Warnungen vor Illusionen auszusprechen^[4]. Denn es gehört zu den allgemeinen Erfahrungs- Grundwahrheiten, dass ein ins Unendliche fortgeschriebenes Wachstum nicht wirklich geben kann. „Natürliche“Grenzen verhindern das^[5]. Ein Beispiel: ein vor zweitausend Jahren als Start-Sparkapital hingelegter € würde bei einem konstanten Zinssatz (exponentiell) ins Astronomische wachsen. Da wird eine Grenze sichtbar, allerdings nicht, weshalb eine solche bisher nicht eintrat. Die Geld-Stabilität hat nie so lange gehalten. Auch meinen wir, dass die Bevölkerung nicht so lange zunehmen kann, bis ein Umstand des­sen Wachstum ausbremst oder ausbremsen muss wie z.B. durch das Erreichen der Grenze der Ernährbarkeit über eine landwirtschaftliche Nutzung der Agrarböden^[6] oder nicht mehr ertragba­ren Klimas.

Bisher waren die meisten Menschen zufrieden, wenn sie ihr persönliches Umfeld, ihr Klima „kannten“ und über das hinaus – wenigstens für geringe Zeit - gucken konnten. Die Altvorde­ren sahen die Jahreszeiten und die Rhythmik in der Natur für ihre Nahrung – und sie wussten um die Schwankungen^[7]. In der Nordhemisphäre unserer Erdkugel „erlebte“ der Mensch unmit­telbar an sich die Eiszeiten, in der Sahara das Schwinden der Flora und Fauna. Unsere von den Meteorologen entworfenen Wetterkarten umfassen heute ganze Kontinente, wenn auch mit Toleranzbreiten zukünftiger Temperaturen und Niederschläge. Die Wissenschaftler rätseln, wie sich wohl das globale Klima entwickeln würde, seit die Paläoklimatiker – auch infolge der Eisbohrungen in den vereisten Polen - erste Daten lieferten^[8] und die Welt mit der Botschaft: das globale Klima ist in Gefahr ! aufschreckten. Sie treffen sich in einer internatio­nalen Organisation.

Die Vereinten Nationen rufen 1988 einen Rat von „Klima-Experten“ und Umweltwissen­schaftlern ins Leben^[9], der 1990 seinen ersten Sachstandsbericht abliefert, nachdem 1980 mit dem Aufbau von Messstationen für bestimmte atmosphärische Daten über den Ozean aufzu­bauen begonnen war und man sich bewusst wurde, dass man wegen der ungeheuren Messda­ten-Lücken über der Erde, vornehmlich über die Meeresgebiete, diese nur unter Annahmen in Aussagen für ein zukünftiges globales Klima verwerten darf^[10]. Allerdings weiß man um die wesentliche Antriebsmotorik durch die Sonne und durch flüssiges Wasser im Kreislauf des Kohlenstoffes und damit über den Anteil des Spurengases Kohlendioxid in der Atmosphäre und im Wasser.

Man macht Voraussagen, z.B. über den Anstieg des Meeresspiegel-Niveaus infolge des durch Erwärmung der Atmosphäre und der Erde und damit Abschmelzens des gefrorenen Wassers an den Polen. Man muss diese jedoch laufend den jeweils neuen Erkenntnissen an­passen, gewissermaßen im Iterationsverfahren „trial and error“^[11]:

1988 0,2 bis 1,5 m; 1990 0,13 – 1,1 m; 1995 0,13 – 0,94 m;

2001 0,09 – 0,88 m; 2007 0,18 – 0,59 m.

Würde das gesamte in Eis gebundene Wasser schmelzen^[12], dann würde (rechnerisch) der Mee­resspiegel (weltweit) um 60 m ansteigen.

Aus der Paläoklimatik leiten wir ab: vor 40 Millionen Jahren war das Niveau um 80 m höher als heute, vor 3 Millionen Jahren um 30 m, vor 2,5 Millionen Jahren war der Nordpol eisfrei, vor 18 Tausend Jahren war das Niveau um 130 m niedriger (Eiszeit). Da das Schmelzwasser kein Salz enthält, kann es bei größeren Mengen die herrschenden Meerwasserströmungen de-stabilisieren. Zur Zeit der Homonoiden, vor 7 Millionen Jahren war das Mittelmeer trocken, weil die Pole, insbesondere der Südpol vereiste. Das Gibraltar-Tor war verschlossen^[13]. Jahr-tau­sende später kam Wasser hinein und füllte das Mittelmeer. Die Menschen der damali­gen Zeit (Neandertaler, homo sapiens) erlebten das hier und im Schwarzen Meer^[14]. Für die da-maligen Anwohner war das eine Klimakatastrophe.

Für das atmosphärische Kohlendioxid kann man zum Gründungs-Zeitpunkt des IPCC nur die wenigen vorhandenen Daten verwenden^[15]. Wenn man daraus eine längerfristige und treffsi­chere Prognose-Aussage entwickeln will, muss die Messdaten-Reihe einerseits zwanglos in die Zukunft fortgesetzt werden können, aber auch für die historischen rückwärts zu den pa­läoklimatischen Daten^[16]. Dafür ist die vorliegende verlässliche Messdaten-Reihe jedoch reich­lich kurz und die Daten selbst entsprechen nicht einer genormten Qualität. Da die instrumen­telle Analysentechnik erhebliche Fortschritte gemacht hat, weisen ältere Messdaten einen größeren Unsicherheitsgrad auf. Auch wurde die Messortdichte erhöht^[17]. Erst jüngst wurden hochwertige Referenzmaterialien^[18] geschaffen und es heute wird nur dann gemessen, wenn man die „Hintergrundkonzentration“ der atmosphärischen Luft erfassen kann^[19]. Allerdings ist die Meßortdichte auch heute noch nicht hinreichend groß genug.

So muss man sich halt derzeit mit einer möglichen Trend-Orientierung begnügen, wenn man auch in den letzten beiden Jahrzehnten unablässig bemüht ist, das Messdaten-Netz zu verdichten und mathematische Modelle zur Mittelwertbildung^[20] und zu einem globalen Klima zu entwerfen, die aber laufend angepasst und verbessert werden müssen. Besonders delikat ist die Kausalität vom anthropogenen Kohlendioxid-Wirken auf die Erwärmung, weil sie an sich vorhanden ist, aber in der Größenordnung und in der Abfolge beobachteter Vorgänge unter­schiedlich gedeutet und bewertet wird. So bewegt sich der Grad der Erwärmung zwischen einigen Zehntel-Grad^[21] und einem katastrophalen Fall noch in diesem Jahrhundert. Dem-entspre­chend klaffen auch die Ansichten über den möglichen Einfluss des Menschen auf die Erwärmung krass auseinander^[22].

Während bei der Messung von Funktions-Größen des Klimageschehens die Stichprobengüte und Meß- und Auswerte-Qualität wichtig sind, muss der Modellierungsprozess einer Reihe von Bedingungen genügen, um bei den Verwendern der Modell-Simulationsergebnisse Ver­trauen zu wecken. Das Modell-Klima muss nicht nur auf die Troposphäre^[23] beschränkt wer­den, sondern es müssen die Funktionen „richtig“ und abbildungstreu in mathematische Glei­chungen^[24] überführt werden. Da man das wirkliche „Klima“ mit seinem nichtlinearem Ver-hal­ten und seinen Rückkoppelungen mathematisch nicht voll erfassen kann, muss man eine Reihe von Annahmen einfügen und das Modell nur zum Studium der Reaktionen auf Än-derungen bestimmter Einflußgrößen in sogenannten Szenarien benutzen wie es allgemein in der Technik bei Risiko-Analysen von Prozessen üblich ist. Den Entscheidern für die Ver­wendbarkeit einer Variante obliegt es dann, den „richtigen“ Fall herauszuschälen^[25].

Das Klimageschehen ist offenbar eine Zusammenfassung von verschiedenen Schwingungs­vorgängen der Einzelmassen wie vom Wasser und der Luft. Schon das Tagesmittel – aus den astronomischen Gegebenheiten - weist auf eine Periodizität hin. Will man die Ursachen auf diese Dynamik erforschen, dann muss man eine harmonische Analyse aus den Messdaten-Reihen vornehmen und zusätzlich noch die Verteilung der Gaskonzentrationen in der Höhe untersuchen. Es ist aber bereits heute abzusehen, dass die Schwingungen im Laufe der Erdge­schichte nicht gleichblieben und dass es damit und deswegen weiterer Klärungen bedarf. Die Einordnung von sogenannten Klima-Extremen wie Stürmen (Wind), Vulkaneruptionen usw. ist wegen der fehlenden statistisch notwendigen Daten derzeit noch nicht möglich; man kann sie als „Ausreißer“ behandeln und damit bei einer Klimaprognose außen vorlassen, man kann sie doch auch übergewichten. Ein Nachweis des CO2-Klimaeffektes auf die Atmosphären- oder Boden-Temperatur der Erde ist bis heute nicht gelungen und scheint auch physikalisch gegenwärtig nicht machbar.

[...]

^[1] Horstkötte, H. Wirtschaftsprophetie auf wackligem Fundament. VDI-Nachrichten, 11.03.2009 ws, S.6, letzter Satz.

^[2] Im Bild-Anhang (aus einem Vortrag).

^[3] Meßdaten + Simulations-Daten > Datenassimilation.

^[4] Meadows, Donella u.a. Limits to growth. 1972. www.clubofrome.de

^[5] www.stat-math.uni-essen.de/~davies/ECOLmath/node6.html o. node7.html. Ausnahme: Weltall?

^[6] Gegenwärtig nur etwa 16 % vom Land biologisch nutzbar. Die Intensitätssteigerung führt gleichzeitig zu einer Degradation. Das Ende ist noch nicht zu erkennen.

^[7] www.aionik.de/Schriften/Artenwandel-2.htm

^[8] Militärisch ab 1957, vermehrt ab 1966, GISP 1 in Grönland 1981, GISP2 1988.

^[9] IPCC = Intergovernmental Panel on Climate Change. NIPCC = Nonintergoverm. PCC.

^[10] www.atmosphere.mpg.de und www.de-ipcc.ch.

^[11] Versuch und Irrtum bzw. Annahme, Vermutung und Korrektur.

^[12] Etwa 1,2 % allen Wassers.

^[13] Messinische Salinitätskrise, Ozean = salzhaltig, Flußwasser = Süßwasser.

^[14] Es gab weitere für den Menschen und seine Wanderungen einschneidende Vorgänge: Beringstraße, Australien.

^[15] Seit 1958 Beobachtungen und Messungen CO2-Konzentratioin am Mauna Lova Oberservatorium/Hawai.

^[16] Anfänglich war die CO2-Konzentration relativ hoch und sank dann gewaltig ab, vor 50 Millionen Jahren soll sie etwa bei 1500 ppmv gelegen haben. Der Partialdruck in der Atmosphäre nahm also kontinuierlich, wenn auch nicht gleichmäßig ab. Als Ursache wird z.T. die Zellatmung der Pflanzen herangezogen. Sie sorgte aus CO2 mit Wasser H2O den Umbau zu C6H12O6 und von da 6 O2, also Sauerstoff-Erhöhung, von der wir profitieren.

^[17] Einschließlich der Unterstützung durch Satelliten-Messungen/Fernerkundugen FTIR-CO2-Messung (Spektrallinien der Sonne, Schwächung) Universität Bremen. Eichen mit bodennahen Werten.

^[18] NOAA in Boulder, Colorado ist Referenzlabor (Galway Bay).

^[19] Z.B. in der Messstation in Irland „saubere Luftmasse“.

^[20] Erster Ansatz 1987.

^[21] Der Größenordnung nach: 1901-2000 0,7, 1981 – 2000 aber bereits 0,3 ° C.

^[22] Bundesregierung am 18.12.2008: 1,5 bis 3,5 ° C/21. Jahrhundert auf Grund der menschlichen CO2-Steigerung

^[23] Untere Atmosphärenschicht, in der das Wetter sich global abspielt (bis etwa 10 km Höhe).

^[24] Partielle u. gewöhnliche Differential- und algebraische Gleichungen auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten.

Siehe: Richard B. Alley. Das instabile Klima. Spektrum der Wissenschaft 2/2005.

^[25] Z.B. den denkbaren „worst case“, den schlechtesten oder für seine Zwecke brauchbarsten Fall.