Klimarückkopplungen und -sensitivität

Die Prozesse, die die Reaktion des Klimas auf eine Störung verstärken oder dämpfen, und die daraus resultierende Gleichgewichtserwärmung, die bei einer Verdoppelung des Kohlendioxids zu erwarten ist.

Definition

Eine Klimarückkopplung ist ein Prozess, der sich als Reaktion auf Erwärmung oder Abkühlung so ändert, dass die ursprüngliche Änderung verstärkt oder gedämpft wird, und die Klimasensitivität ist die globale Gleichgewichtstemperaturänderung, die durch eine Verdoppelung des atmosphärischen Kohlendioxids hervorgerufen wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Rückkopplungsprozesse, die bestimmen, wie stark das Klima auf eine Strahlungsstörung reagiert: die Wasserdampf-Rückkopplung, die Temperaturgradienten-Rückkopplung, die Oberflächenalbedo-Rückkopplung durch schmelzenden Schnee und Eis sowie die Wolken-Rückkopplungen, die die größte Unsicherheit darstellen. Es wird behandelt, wie diese sich zur Gleichgewichts-Klimasensitivität und zur transienten Klimareaktion verbinden, und die vielfältigen Evidenzlinien aus Prozessstudien, dem instrumentellen Aufzeichnung und dem Paläoklima, die zur Einschränkung dieser Größen verwendet werden.

Core questions

• Welche Rückkopplungen verstärken die Erwärmung und welche dämpfen sie?
• Warum ist die Wolken-Rückkopplung die dominierende Unsicherheitsquelle?
• Was ist die beste Schätzung und der Bereich der Gleichgewichts-Klimasensitivität?
• Wie schränken mehrere Evidenzlinien die Sensitivität ein?

Key theories

Wasserdampf- und Temperaturgradienten-Rückkopplungen

Eine wärmere Atmosphäre enthält mehr Wasserdampf, ein starkes Treibhausgas, das die Erwärmung stark verstärkt, während Änderungen im vertikalen Temperaturprofil dies teilweise durch die Temperaturgradienten-Rückkopplung ausgleichen.

Einschränkung der Sensitivität durch mehrere Evidenzlinien

Die Kombination von Prozessverständnis der Rückkopplungen, dem historischen Erwärmungsrekord und paläoklimatischen Beweisen engt die wahrscheinliche Gleichgewichts-Klimasensitivität ein und schließt sehr niedrige Werte aus.

Mechanisms

Eine anfängliche Störung erwärmt die Oberfläche und löst Rückkopplungen aus: steigender Wasserdampf und zurückweichender Schnee und Eis verstärken die Erwärmung, während erhöhte thermische Emissionen sowie bestimmte Temperaturgradienten- und Wolkenreaktionen diese dämpfen können. Die Netto-Rückkopplung bestimmt, wie viel zusätzliche Erwärmung erforderlich ist, um das Energiegleichgewicht wiederherzustellen, sodass eine stark positive Netto-Rückkopplung eine hohe Klimasensitivität ergibt.

Clinical relevance

Die Klimasensitivität bestimmt, wie viel Erwärmung aus einer bestimmten Emission von Treibhausgasen resultiert. Eine Reduzierung ihrer Unsicherheit schärft daher direkt die Projektionen, die für die Festlegung von Emissionszielen und die Planung von Anpassungsmaßnahmen verwendet werden.

Evidence & guidelines

Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC bewertet, basierend auf der Synthese verschiedener Evidenzlinien, die Gleichgewichts-Klimasensitivität mit einem besten Schätzwert nahe 3 Grad Celsius und einem wahrscheinlichen Bereich von etwa 2,5 bis 4 Grad Celsius pro Kohlendioxidverdoppelung.

History

Der Charney-Bericht von 1979 definierte erstmals den modernen Bereich der Klimasensitivität mit etwa 1,5 bis 4,5 Grad Celsius, ein Bereich, der über Jahrzehnte Bestand hatte; neuere Arbeiten, die Prozessverständnis, historische Aufzeichnungen und Paläoklima kombinieren, haben ihn schließlich eingeengt, hauptsächlich durch die Verbesserung der Behandlung von Wolken-Rückkopplungen.

Debates

Größe und Vorzeichen der Wolken-Rückkopplungen

Ob Änderungen der niedrigen Wolken die Erwärmung verstärken oder dämpfen und in welchem Ausmaß, ist der Hauptgrund, warum die Klimasensitivität unsicher blieb, obwohl neuere Beobachtungen und hochauflösende Modellierungen einen netto verstärkenden Effekt favorisieren.

Key figures

• Jule Charney
• Steven Sherwood
• Syukuro Manabe
• Isaac Held

Seminal works

• charney1979
• sherwood2020

Frequently asked questions

Was ist die Gleichgewichts-Klimasensitivität?

Es ist die globale durchschnittliche Erwärmung, die erreicht wird, nachdem sich das System vollständig angepasst hat, als Reaktion auf eine Verdoppelung des atmosphärischen Kohlendioxids, die wahrscheinlich auf etwa 2,5 bis 4 Grad Celsius geschätzt wird.

Warum sind Wolken so wichtig für die Klimasensitivität?

Wolken reflektieren sowohl Sonnenlicht als auch speichern Wärme, und kleine Änderungen in ihrer Menge, Höhe oder Helligkeit können die Erwärmung erheblich verstärken oder dämpfen, was sie zur größten Unsicherheit macht.