Frage 3.1: Wie ändern sich die Temperaturen auf der Erde?

Instrumentelle Beobachtungen über die letzten 157 Jahre zeigen, dass die Oberflächentemperaturen weltweit angestiegen sind, mit bedeutenden regionalen Unterschieden. Im weltweiten Durchschnitt fand diese Erwärmung im letzten Jahrhundert in zwei Phasen statt: zwischen den 1910er und 1940er Jahren (0,35 °C) und, stärker ausgeprägt, seit den 1970er Jahren bis heute (0,55 °C). Die Erwärmung ist in den letzten 25 Jahren immer schneller geworden und 11 der 12 wärmsten Jahre seit Beginn der Temperaturaufzeichnungen sind in den letzten 12 Jahren1 aufgetreten. Oberhalb der Erdoberfläche zeigen globale Beobachtungen seit den späten 1950er Jahren, dass sich die Troposphäre (bis ca. 10 km Höhe) geringfügig schneller als die Erdoberfläche erwärmt hat, wohingegen sich die Stratosphäre (ca. 10-30 km Höhe) seit 1979 deutlich abgekühlt hat. Dies steht im Einklang mit physikalischen Erwartungen und den meisten Modellergebnissen. Die globale Erwärmung wird durch die Erwärmung der Ozeane, steigende Meeresspiegel, schmelzende Gletscher, Rückzug des Meereises in der Arktis und eine abnehmende Schneedecke auf der Nordhalbkugel bestätigt.

Die globale Temperatur wird nicht mit einem einzelnen Thermometer gemessen. Stattdessen wird die weltweite Durchschnittstemperatur jeden Monat aus einzelnen täglichen Temperaturmessungen an mehreren Tausend Messstationen über den Landflächen kombiniert mit weiteren Tausenden von Messungen der Meeresoberflächentemperatur durch Schiffe auf den Weltmeeren abgeschätzt. Um einheitliche Veränderungen im Laufe der Zeit zu erhalten, werden hauptsächlich Anomalien (Abweichungen vom klimatologischen Mittel an jedem Standort) ausgewertet, da diese robuster gegenüber Änderungen in der Datenverfügbarkeit sind. Heute ist es möglich, diese Messdaten von 1850 bis zur Gegenwart zu verwenden, obwohl die Abdeckung in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts bei weitem nicht global war, nach 1957, als die Messungen in der Antarktis begannen, viel besser wurde und seit etwa 1980 mit dem Beginn der Satellitenmessungen am besten ist.

Ausgedrückt als globaler Durchschnitt haben die Oberflächentemperaturen über die letzten hundert Jahre (zwischen 1906 und 2005) um etwa 0,74 °C zugenommen (siehe Abbildung 1). Allerdings war die Erwärmung in verschiedenen Jahreszeiten oder an verschiedenen Standorten weder kontinuierlich noch gleich. Von 1850 bis etwa 1915 gab es kaum übergreifende Veränderungen, abgesehen von durch natürliche Schwankungen bedingten Höhen und Tiefen, die aber auch zum Teil durch geringe Beobachtungsdichte begründet sein können. Ein Anstieg (0,35 °C) der weltweiten Durchschnittstemperatur fand zwischen 1910 bis in die 1940er Jahre statt, gefolgt von einer leichten Abkühlung (0,1 °C) und einer anschließenden raschen Erwärmung (0,55 °C) bis zum Ende des Jahres 2006 (Abbildung 1). Die wärmsten Jahre dieser Datenreihe sind 1998 und 2005 (diese sind statistisch nicht zu unterscheiden). 11 der 12 wärmsten Jahre sind in den letzten 12 Jahren aufgetreten (1995–2006). Die Erwärmung war im Allgemeinen, vor allem seit den 1970er Jahren, über den Landoberflächen stärker als über den Ozeanen. Saisonal war die Erwärmung auf der Winterhalbkugel geringfügig stärker. Zusätzliche Erwärmung tritt in Städten und urbanen Gebieten auf (oft als städtischen Wärmeinsel-Effekt bezeichnet), ist aber räumlich begrenzt, und ihren Auswirkungen wird sowohl durch den Ausschluss möglichst vieler betroffener Standorte aus den weltweiten Temperaturdaten als auch einer Ausweitung des Fehlerbereichs (blauer Balken in der Abbildung) Rechnung getragen.

Einige Regionen haben sich seit 1901 abgekühlt, besonders der nördliche Nordatlantik bei Südgrönland. Die Erwärmung war während dieser Zeit über dem Inneren des asiatischen Kontinents und im nördlichen Nordamerika am stärksten. Da diese Gebiete jedoch eine große Variabilität von Jahr zu Jahr aufweisen, zeigte sich die Erwärmung am deutlichsten in Teilen der mittleren und niederen Breiten, vor allem in den tropischen Ozeanen. Im linken unteren Teil von Abbildung 1, welche die Temperaturtrends seit 1979 darstellt, widerspiegelt das Muster im Pazifischen Ozean die sich in Verbindung mit El Niño erwärmenden und abkühlenden Regionen.

Die Analyse langfristiger Veränderungen der täglichen Temperaturextreme ist in letzter Zeit für viele Regionen auf der Welt (Teile von Nordamerika und des südlichen Südamerikas, Europa, Nord- und Ostasien, das südliche Afrika und Australasien) möglich geworden. Besonders seit den 1950er Jahren zeigen diese Aufzeichnungen eine Abnahme der Anzahl sehr kalter Tage und Nächte und eine Zunahme der Anzahl extrem heißer Tage und warmer Nächte (siehe Frage 3.3). Die Dauer der frostfreien Jahreszeit hat in den meisten mittleren und hohen Breiten beider Hemisphären zugenommen. Auf der Nordhalbkugel zeigt sich dies hauptsächlich durch einen früheren Frühlingsbeginn.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Oberflächendaten wurden Temperaturmessungen oberhalb der Erdoberfläche durchgeführt, mithilfe von Wetterballonen, seit 1958 mit hinreichender Abdeckung der Landoberflächen, und seit 1979 mithilfe von Satellitendaten. Alle Daten werden, soweit erforderlich, bezüglich der Änderungen an Instrumenten und Beobachtungspraktiken bereinigt. Mithilfe von Mikrowellen- Satellitendaten wurde ein „Satelliten-Temperatur-Datensatz“ für dicke Atmosphärenschichten, welche die Troposphäre (von der Oberfläche bis zu ca. 10 km Höhe) und die untere Stratosphäre (ca. 10 bis 30 km Höhe) umfassen, erstellt. Trotz mehrerer neuer Analysen mit verbesserter Kreuzkalibrierung der 13 Messinstrumente auf verschiedenen Satelliten, die seit 1979 im Einsatz sind, sowie einem Ausgleich für die veränderten Beobachtungszeiten und Satellitenhöhen bleiben einige Unsicherheiten in den Trends bestehen.

Bezüglich der weltweiten Beobachtungen seit den späten 1950er Jahren zeigen die aktuellsten Versionen aller verfügbaren Datensätze, dass sich die Troposphäre etwas schneller erwärmt hat als die Erdoberfläche, während sich die Stratosphäre seit 1979 deutlich abgekühlt hat. Dies steht im Einklang mit den physikalischen Erwartungen und den meisten Modellberechnungen, die die Bedeutung zunehmender Treibhausgase für die Erwärmung der Troposphäre und die Abkühlung der Stratosphäre aufzeigen. Der Ozonabbau trägt ebenfalls wesentlich zur Abkühlung der Stratosphäre bei.

In Übereinstimmung mit den beobachteten Anstiegen der Oberflächentemperatur hat die Dauer der Vereisung von Flüssen und Seen abgenommen. Darüber hinaus haben im 20. Jahrhundert fast weltweit die Gletschermasse und –fläche abgenommen; ein Abschmelzen des grönländischen Eisschildes ist in letzter Zeit offenkundig geworden; die Schneebedeckung hat in vielen Regionen der Nordhalbkugel abgenommen; die Dicke und die Ausdehnung des arktischen Meereises haben sich in allen Jahreszeiten verringert, besonders dramatisch jedoch im Frühjahr und Sommer. Die Ozeane erwärmen sich und der Meeresspiegel steigt aufgrund der thermischen Ausdehnung der Ozeane und durch das Abschmelzen von Landeismassen.

Frage, 3.1, Abbildung 1. (Oben) Beobachtete Temperaturen im jährlichen globalen Mittel2 (schwarze Punkte) zusammen mit simplen Trendlinien. Auf der linken Achse sind Anomalien relativ zum Temperaturdurchschnitt von 1961 bis 1990 dargestellt, auf der rechten Achse die geschätzte tatsächliche Temperatur (°C). Für die letzten 25 Jahre (1981 – 2005; gelb), 50 Jahre (1956 – 2005; orange), 100 Jahre (1906 – 2005; violett) und 150 Jahre (1856 – 2005; rot) sind Trendlinien dargestellt. Zu beachten ist, dass für kürzer zurückliegende Zeiträume der Temperaturanstieg größer ist, was auf eine beschleunigte Erwärmung hinweist. Die blaue Kurve ist eine geglättete Darstellung, um die dekadischen Schwankungen zu erfassen. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, ob die Schwankungen aussagekräftig sind, wurde ein dekadischer 5 % bis 95 %-Fehlerbereich (hellblau) über die Linie gelegt (dementsprechend überschreiten einige Einzeljahreswerte diese Fehlergrenze). Ergebnisse von Klimamodellen, die auf den abgeschätzten Strahlungsantrieben für das 20. Jahrhundert (Kapitel 93) beruhen, legen nahe, dass es vor 1915 wenig Änderungen gab und dass ein wesentlicher Anteil der Änderung im frühen 20. Jahrhundert auf natürliche Einflüsse, wie Änderung der Sonneneinstrahlung, Vulkanismus und natürliche Variabilität, zurückzuführen ist. Von etwa 1940 bis 1970 führte die zunehmende Industrialisierung nach dem Zweiten Weltkrieg zu einer erhöhten Luftverschmutzung auf der Nordhalbkugel, was zur Abkühlung beitrug. Erhöhte Kohlendioxid- und andere Treibhausgaskonzentrationen dominieren die beobachtete Erwärmung seit Mitte der 1970er Jahre.
(Unten) Verteilung der weltweiten linearen Temperaturtrends von 1979 bis 2005 auf Basis von Satellitendaten: geschätzt für die Erdoberfläche (links) und für die Troposphäre von der Oberfläche bis etwa 10 km Höhe (rechts). Graue Bereiche weisen auf unvollständige Daten hin. Zu beachten ist die räumlich gleichmäßigere Erwärmung im satellitengestützten Datensatz für die Troposphäre während die Änderungen der Oberflächentemperaturen deutlicher mit Land und Ozean in Verbindung stehen.

1Anmerkung der Übersetzungsredaktion: 1995 bis 2006

2Datengrundlage: HadCRUT3

3Anmerkung der Übersetzungsredaktion: Die Kapitel- und Abbildungsangaben beziehen sich auf den vollständigen Bericht (Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change)