Frage 1.2: Wie hängen Klimawandel und Wetter zusammen?

Klima wird im Allgemeinen als durchschnittliches Wetter definiert. Deshalb sind Klimawandel und Wetter miteinander verflochten. Beobachtungen können zeigen, dass sich das Wetter verändert hat. Es sind diese statistischen Wetteränderungen im Laufe der Zeit, die den Klimawandel kennzeichnen. Wetter und Klima stehen zwar eng miteinander in Beziehung, es gibt dennoch wichtige Unterschiede. Eine übliche Verwechslung von Wetter und Klima findet man, wenn Wissenschaftler gefragt werden, wie sie das Klima für die nächsten 50 Jahre vorhersagen können, nicht aber das Wetter in den nächsten Wochen. Das Wetter ist ein chaotisches System und kann deshalb nur für einen kurzen Zeitraum von einigen Tagen vorhergesagt werden. Die Projektion von Klimaänderungen (d.h. des langfristigen durchschnittlichen Wetters) aufgrund von Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre oder anderen Faktoren unterscheidet sich davon erheblich und ist viel besser zu handhaben. Folgende Analogie soll dies verdeutlichen: Obwohl es unmöglich ist, das Sterbealter eines bestimmten Mannes vorherzusagen, können wir mit hoher Sicherheit sagen, dass das durchschnittliche Sterbealter für Männer in Industrieländern bei ungefähr 75 Jahren liegt. Eine ähnliche Verwechslung entsteht, wenn man annimmt, ein kalter Winter oder ein sich abkühlender Ort auf der Erde sei Beleg gegen die globale Erwärmung. Es gibt immer Hitze- und Kälte-Extreme, aber ihre Häufigkeit und Intensität ändern sich, wenn sich das Klima verändert. Aber wenn das Wetter über Raum und Zeit gemittelt wird, zeigt sich aus den Daten deutlich, dass sich die Erde erwärmt.

Meteorologen betreiben einen großen Aufwand, das Wetter zu beobachten, zu verstehen und die tägliche Entwicklung des Wettergeschehens vorherzusagen. Auf Grundlage physikalischer Konzepte, die bestimmen, wie die Atmosphäre sich bewegt, sich erwärmt, sich abkühlt, es regnen lässt, es schneien lässt und Wasser verdunstet, können Meteorologen normalerweise das Wetter für einige Tage erfolgreich vorhersagen. Ein wichtiger begrenzender Faktor für die Vorhersagbarkeit von Wetter über einige Tage hinaus ist eine grundsätzliche dynamische Eigenschaft der Atmosphäre. In den 1960er Jahren entdeckte der Meteorologe Edward Lorenz, dass sehr geringe Unterschiede in den Anfangsbedingungen zu sehr unterschiedlichen Vorhersageergebnissen führen.

Dies ist der sogenannte "Schmetterlingseffekt": Der Flügelschlag eines Schmetterlings (oder ein anderes kleines Phänomen) an einem Ort kann im Prinzip das nachfolgende Wetter an einem weit entfernten Ort verändern. Dieser Effekt beruht auf der Chaostheorie, die sich damit befasst, wie winzige Änderungen in bestimmten Variablen zu scheinbaren Zufälligkeiten in komplexen Systemen führen.

Chaostheorie bedeutet aber kein komplettes Fehlen von Ordnung. Ein Beispiel: Leicht veränderte Bedingungen im Anfangsstadium eines Sturmsystems können Auswirkungen auf den Tag haben, an dem es ankommt oder auf den exakten Weg, den es nehmen wird, aber die Durchschnittstemperatur und der Niederschlag (d. h. das Klima) wären für die betreffende Region und den Zeitabschnitt immer noch ungefähr gleich. Da bei der Wettervorhersage ein erhebliches Problem darin besteht, alle Bedingungen am Beginn des Prognosezeitraums zu kennen, kann es sinnvoll sein, das Klima als Rahmenbedingung für das Wetter zu betrachten. Genauer gesagt, kann Klima als relevant hinsichtlich des Zustands des gesamten Erdsystems betrachtet werden, inklusive der Atmosphäre, Land, Ozeane, Schnee, Eis und Lebewesen (Abbildung 1), die als weltweite Rahmenbedingungen dienen und die Wettermuster bestimmen. Ein Beispiel hierfür wäre ein El Niño, der das Wetter an der peruanischen Küste beeinflusst. Der El Niño setzt Grenzen für die wahrscheinliche Entwicklung von Wettermustern, die von Zufallsprozessen hervorgerufen werden können. Ein La Niña würde andere Grenzen setzen.

 

Frage 1.2, Abbildung 1. Schematische Darstellung der Komponenten des Klimasystems, ihrer Prozesse und Wechselwirkungen.

Ein weiteres Beispiel ist der bekannte Gegensatz zwischen Sommer und Winter. Der Lauf der Jahreszeiten beruht auf den Veränderungen der geografischen Verteilung von Energieabsorption und -abstrahlung durch das Erdsystem. Gleichermaßen werden Projektionen über das zukünftige Klima durch grundlegende Änderungen der Wärmeenergie im Erdsystem bestimmt, insbesondere durch das wachsende Ausmaß des Treibhauseffekts, der – abhängig von der Menge an Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre – Wärme in der Nähe der Erdoberfläche zurückhält. Klimaänderungen aufgrund von Änderungen der Treibhausgase in 50 Jahren zu projektieren stellt ein anderes und viel leichter zu lösendes Problem dar, als das Wetter für nur einige Wochen vorherzusagen.

Anders ausgedrückt, können langfristige Schwankungen durch Änderungen der Atmosphärenzusammensetzung viel leichter vorhergesagt werden als einzelne Wetterereignisse. Ein Beispiel: Wir können zwar das Ergebnis eines einzelnen Münzwurfs oder die Augenzahl eines Würfels nicht vorhersagen, aber wir können das statistische Verhalten einer großen Anzahl solcher Würfe vorhersagen. Obwohl weiterhin viele Faktoren das Klima beeinflussen, haben Wissenschaftler festgestellt, dass menschliche Aktivitäten zu einer treibenden Kraft geworden und verantwortlich für einen Großteil der über die letzten 50 Jahre beobachteten Erwärmung sind. Von Menschen verursachter Klimawandel resultiert primär aus den Änderungen der Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre, aber beispielsweise auch aus Änderungen der Konzentration kleiner Luftpartikel (Aerosole) sowie aus Landnutzungsänderungen. Wenn sich das Klima ändert, hat dies auch Auswirkungen auf die Wahrscheinlichkeit von bestimmten Wetterereignissen. Ein Beispiel: parallel zum Anstieg der Durchschnittstemperatur auf der Erde sind einige Wetterphänomene (zum Beispiel Hitzewellen und Starkregen) häufiger und intensiver aufgetreten, während andere seltener und weniger intensiv geworden sind (zum Beispiel extreme Kälteereignisse).