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Klimawandel und OzonlochÜber die Einflüsse der Sonne und menschlicher Aktivitäten auf Veränderungen des Erdklimas
Prof. Dr. Martin DamerisDeutsches Zentrum für Luft- und RaumfahrtInstitut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen
Institut für Physik der Atmosphäre
Winter
Sommer
TroposphTroposphäärere
Mesosphäre
Stratosphäre
Temperatur [°C]
Höh
e [k
m]
Aufbau der Erdatmosphäre (~ 70°N)
Mittlere Atmosphäre
-120 -70 -20 +30
Institut für Physik der Atmosphäre
Polare Stratosphärenwolken im Winter (~ 20 km Höhe)
Institut für Physik der Atmosphäre
Polare Stratosphärenwolken im Winter (~ 20 km Höhe)
Institut für Physik der Atmosphäre
Winter
Sommer
TroposphTroposphäärere
Mesosphäre
Stratosphäre
Temperatur [°C]
Höh
e [k
m]
Aufbau der Erdatmosphäre (~ 70°N)
Mittlere Atmosphäre
-120 -70 -20 +30
Institut für Physik der Atmosphäre
Leuchtende Nachtwolken im Sommer (~ 83 km Höhe)
Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik, Kühlungsborn
Institut für Physik der Atmosphäre
Leuchtende Nachtwolken im Sommer (~ 83 km Höhe)
Institut für Physik der Atmosphäre
Messmethoden in der Mittleren Atmosphäre
Boden gestützt- Spektrophotometer- Lidars
In-situ- Radio-, Ozonsonden- Forschungsballone
Fernerkundung- Flugzeuge- Satelliten
Institut für Physik der Atmosphäre
Messmethoden in der Mittleren Atmosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre
Was bestimmt unser Klima?Wechselwirkungen im Klimasystem - Antriebe von "außen"
Einstrahlung der SonneKonzentration von Treibhausgasen (natürliche und anthropogene) und anderer strahlungsaktiver SubstanzenOrographie, Land-See-Verteilung, BodeneigenschaftenVulkanausbrüche. . .
Institut für Physik der Atmosphäre
Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung -Variation der Erdbahnparameter
Institut für Physik der Atmosphäre
Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung -Variation der Erdbahnparameter
Institut für Physik der Atmosphäre
Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung -Variation der Erdbahnparameter
Jahre v.h.
CO
2-M
isch
ungs
verh
ältn
is [p
pmv]
Tem
pera
turä
nder
ung
~ + 10°C in 10.000 Jahren= + 0.1°C in 100 Jahren
Institut für Physik der Atmosphäre
http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=tsi/composite/SolarConstant
Zeitliche Variabilität der solaren Einstrahlung -Der 11-jährige Sonnenaktivitätszyklus
Jahr
Sol
are
Ein
stra
hlun
g [W
m-2
]
Institut für Physik der Atmosphäre
Spektrale Verteilung und Variabilität der SonnenstrahlungV
aria
bilit
ät d
er s
olar
en E
inst
rahl
ung
[%]
Lean et al., 1997Wellenlänge [nm]
Institut für Physik der Atmosphäre
Entwicklung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre
Schwankungsbreiteder letzten 650.000Jahre
2007: 383 ppmv
Jahre v.h.
CO
2-M
isch
ungs
verh
ältn
is [p
pmv]
Institut für Physik der Atmosphäre
Globale Jahresmittelwerte der bodennahen Lufttemperatur und des Meeresspiegels
1901-2000: + 17 cmseit 1993: +3 mm/Jahr
1906-2005: +0,74°C
IPCC, 2007
Institut für Physik der Atmosphäre
Temperaturtrends
Die Temperaturzunahme der letzten50 Jahre ist doppelt so hoch wie die der letzten 100 Jahre!
Institut für Physik der Atmosphäre
Strahlungsantrieb: Maßstab für den Einfluss, den ein einzelner Faktor auf die Veränderung des Strahlungshaushalts der Atmosphäre hat
Stra
hlun
gsan
trieb
[W
m-2
]
Stra
hlun
gsan
trieb
[W
m-2
]
Institut für Physik der Atmosphäre
Diskretes Gitter über den Globus
Wie funktioniert ein Klimamodell?
Institut für Physik der Atmosphäre
Simulationen mit Klimamodellen für IPCC(a) natürliche Antriebskräfte (b) anthropogene Antriebskräfte
(c) alle AntriebskräfteJahr Jahr
Jahr
Tem
pera
tura
bwei
chun
g [°
C]
Tem
pera
tura
bwei
chun
g [°
C]
Tem
pera
tura
bwei
chun
g [°
C]
+ 0.74°C in denletzten 100 Jahren
Institut für Physik der Atmosphäre
Szenarien der Zukunft (Konzentrationen und Emissionen)
Institut für Physik der Atmosphäre
Zukünftige Entwicklung der globalen Oberflächentemperatur
+4,0°C (2,4°-6,0°)
+1,8°C (1,1°-2,9°)
+0,6°C
+2°C (bis 2050) ⇒−50% CO2 bzgl. 1990−60% CO2 bzgl. heute
Institut für Physik der Atmosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre
Ozon in der Atmosphäre
Höh
e (in
Kilo
met
er)
Stratosphärisches Ozon(Die Ozonschicht)
Troposphärisches Ozon
Ozonmenge [in mPa]
Institut für Physik der Atmosphäre
Entwicklung des Ozonlochs über der Antarktis
Institut für Physik der Atmosphäre
Entwicklung des Ozonlochs über der Antarktis
1980 1985 1990 1995 2000 2005Jahr
1980 1985 1990 1995 2000 2005Jahr
Ozo
nmin
imum
[DU
]
Grö
ße [M
io. k
m2 ]
Ozonminimum über der Antarktis Größe des Ozonlochs
Fläche von Nordamerika
Fläche derAntarktis
Institut für Physik der Atmosphäre
FCKW-Gehalt in der Troposphäre
Chlorgehalt in der Stratosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre
Entwicklung der Ozonschicht über der Arktis
Institut für Physik der Atmosphäre
Jahresgang der stratosphärischen Temperatur
polare Südhemisphäre
–900C
polare Nordhemisphäre–800C
Institut für Physik der Atmosphäre
Schema eines gekoppelten Klima-Chemie-Modells
Institut für Physik der Atmosphäre
Randbedingungen für das Klima-Chemie-Modell:Treibhausgase und stratosphärischer Chlorgehalt (Cly)
Jahr
Vol
umen
mis
chun
gsve
rhäl
tnis
CO
2un
d N
2O [p
pmv]
Vol
umen
mis
chun
gsve
rhäl
tnis
CH
4un
d C
l y[p
pbv]
Institut für Physik der Atmosphäre
Randbedingungen für das Klima-Chemie-Modell:Der 11-jährige Sonnenaktivitätszyklus
1950 2007
10.7
cm
Rad
ioflu
ss [1
0-22
Wm
-2]
50
100
150
200
250
300
350
JahrAgung El Chichón Pinatubo
Institut für Physik der Atmosphäre
Entwicklung der globalen mittleren Jahrestemperatur in der unteren Stratosphäre (20 km)
Beobachtung:−0.77 °C/Dek.
CCM-Mittelwert:−0.64 °C/Dek.
WMO, 2007
Jahr
Ano
mal
ie [°
C]
Institut für Physik der Atmosphäre
Trend + Sonnenzyklus + Vulkane
Variabilität und Trend der Temperatur in der StratosphäreLinearer Trend
Sonnenzyklus
Vulkane "stufenweise" Abkühlung der unteren Stratosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre
Ergebnisbereich der CCMs:−0.1 - −0.3 °C/Dek.
Entwicklung der globalen mittleren Jahrestemperatur in der unteren Stratosphäre (20 km)
WMO, 2007
Jahr
Ano
mal
ie [°
C]
Institut für Physik der Atmosphäre
Entwicklung der Ozonschicht (1960 - 2050)O
zona
nom
alie
[DU
]
Jahr
60°N - 60°S
Institut für Physik der Atmosphäre
Zukünftige Entwicklung der Ozonschicht
Abkühlung führt zu einer Zunahme der Netto-
Ozonproduktion
Rückgang der Temperatur:
Ozonabbau wird verstärkt
Rückgang der Temperatur:
Ozonabbau wird verstärkt
Institut für Physik der Atmosphäre
Was wissen wir bisher?
Die Veränderungen des Klimas und der Ozonschicht können mittels von Klima-Chemie-Modellen nachvollzogen werden, wenn sowohl natürliche als auch anthropogene Antriebe berücksichtigt werden.Klima-Chemie-Modelle zeigen in konsistenter Weise, dass die Erholung der Ozonschicht in einigen Regionen schneller von statten geht, wenn die Stratosphärentemperatur aufgrund des Klimawandels weiter sinkt; dies gilt nicht für die Polregionen.Dort führen niedrigere Temperaturen zu einer stärkeren Bildung von polaren Stratosphärenwolken (PSCs).
⇒ Die Erholung der Ozonschicht verläuft möglicherweise regional unterschiedlich. Sie ist keine simple Umkehrung des Abbaus.Eine vollständige Erholung der Ozonschicht einschließlich der Polarregionen wird etwa zur Mitte des Jahrhunderts erwartet.
? Ein "super-recovery" der Ozonschicht scheint möglich.