Analyse: Warum Wissenschaftler glauben, dass 100 % der globalen Erwärmung auf den Menschen zurückzuführen sind | Carbon Brief

Das Ausmaß des menschlichen Beitrags zur modernen globalen Erwärmung ist ein heiß diskutiertes Thema in politischen Kreisen, insbesondere in den USA.

Der US-Energieminister Rick Perry sagte kürzlich bei einer Anhörung im Kongress: „Sich hinzustellen und zu sagen, dass 100 % der globalen Erwärmung auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind, ist meiner Meinung nach nicht zu rechtfertigen“.

Doch die Wissenschaft über den menschlichen Beitrag zur modernen Erwärmung ist ziemlich eindeutig. Laut dem fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) haben die Emissionen und Aktivitäten des Menschen rund 100 % der seit 1950 beobachteten Erwärmung verursacht.

Hier untersucht Carbon Brief, wie jeder der wichtigsten Faktoren, die das Klima der Erde beeinflussen, für sich genommen die Temperaturen beeinflussen würde – und wie ihre kombinierten Auswirkungen langfristige Veränderungen der globalen Temperatur nahezu perfekt vorhersagen.

Die Analyse von Carbon Brief kommt zu folgendem Ergebnis:

• Seit 1850 kann fast die gesamte langfristige Erwärmung durch Treibhausgasemissionen und andere menschliche Aktivitäten erklärt werden.
• Wenn allein die Treibhausgasemissionen den Planeten erwärmen würden, würden wir etwa ein Drittel mehr Erwärmung erwarten, als tatsächlich eingetreten ist. Sie werden durch die Abkühlung durch vom Menschen erzeugte atmosphärische Aerosole ausgeglichen.
• Aerosole werden bis 2100 voraussichtlich deutlich abnehmen, wodurch sich die Gesamterwärmung durch alle Faktoren der Erwärmung durch Treibhausgase allein annähert.
• Natürliche Schwankungen des Erdklimas werden wahrscheinlich keine große Rolle bei der langfristigen Erwärmung spielen.

Animation von Rosamund Pearce für Carbon Brief. Bilder über Alamy Stock Photo.

Wie viel Erwärmung ist vom Menschen verursacht?

In seinem fünften Sachstandsbericht von 2013 stellte der IPCC in seiner Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger fest, dass es „extrem wahrscheinlich ist, dass mehr als die Hälfte des beobachteten Anstiegs der globalen durchschnittlichen Oberflächentemperatur“ von 1951 bis 2010 durch menschliche Aktivitäten verursacht wurde. Mit „extrem wahrscheinlich“ war gemeint, dass mit einer Wahrscheinlichkeit zwischen 95 % und 100 % mehr als die Hälfte der heutigen Erwärmung auf den Menschen zurückzuführen ist.

Diese etwas verworrene Aussage wurde oft fälschlicherweise so interpretiert, dass die Verantwortung des Menschen für die heutige Erwärmung irgendwo zwischen 50 % und 100 % liegt. Tatsächlich hat Dr. Gavin Schmidt von der NASA darauf hingewiesen, dass die beste Schätzung des IPCC darin besteht, dass der Mensch für etwa 110 % der beobachteten Erwärmung verantwortlich ist (mit einer Spanne von 72 % bis 146 %), während natürliche Faktoren für sich genommen zu einer leichten Abkühlung in den letzten 50 Jahren geführt haben.

Auch die jüngste vierte nationale Klimabewertung der USA kam zu dem Ergebnis, dass zwischen 93 % und 123 % der beobachteten Erwärmung zwischen 1951 und 2010 auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind.

Diese Schlussfolgerungen haben zu einiger Verwirrung darüber geführt, wie mehr als 100 % der beobachteten Erwärmung auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sein können. Ein menschlicher Beitrag von mehr als 100 % ist möglich, da natürliche Klimaveränderungen im Zusammenhang mit Vulkanen und Sonnenaktivität in den letzten 50 Jahren höchstwahrscheinlich zu einer leichten Abkühlung geführt haben, die einen Teil der mit menschlichen Aktivitäten verbundenen Erwärmung ausgleicht.

‚Forcings‘, die das Klima verändern

Wissenschaftler messen die verschiedenen Faktoren, die die Energiemenge beeinflussen, die das Klima der Erde erreicht und darin verbleibt. Zu diesen Faktoren gehören Treibhausgase, die die ausgehende Wärme einfangen, Aerosole – sowohl aus menschlichen Aktivitäten als auch aus Vulkanausbrüchen -, die das einfallende Sonnenlicht reflektieren und die Wolkenbildung beeinflussen, Änderungen der Sonneneinstrahlung, Änderungen des Reflexionsvermögens der Erdoberfläche in Verbindung mit der Landnutzung und viele andere Faktoren.

Um die Rolle der einzelnen Einflussfaktoren bei den beobachteten Temperaturveränderungen zu bewerten, hat Carbon Brief ein einfaches statistisches Klimamodell angepasst, das von Dr. Karsten Haustein und seinen Kollegen von der Universität Oxford und der Universität Leeds entwickelt wurde. Dieses Modell findet die Beziehung zwischen menschlichen und natürlichen Klimaantrieben und der Temperatur, die am besten mit den beobachteten Temperaturen übereinstimmt, sowohl weltweit als auch nur über Landflächen.

Die folgende Abbildung zeigt die geschätzte Rolle der verschiedenen Klimaantriebe bei der Veränderung der globalen Oberflächentemperaturen seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1850 – einschließlich Treibhausgase (rote Linie), Aerosole (dunkelblau), Landnutzung (hellblau), Ozon (rosa), Sonnenenergie (gelb) und Vulkane (orange).

Die schwarzen Punkte zeigen beobachtete Temperaturen aus dem Berkeley-Earth-Oberflächentemperaturprojekt, während die graue Linie die geschätzte Erwärmung aus der Kombination aller verschiedenen Arten von Antrieben zeigt

Globale mittlere Oberflächentemperaturen aus Berkeley Earth (schwarze Punkte) und modellierter Einfluss verschiedener Strahlungsantriebe (farbige Linien), sowie die Kombination aller Antriebe (graue Linie) für den Zeitraum von 1850 bis 2017. Siehe Methoden am Ende des Artikels für Details. Grafik von Carbon Brief unter Verwendung von Highcharts.

Die Kombination aller Strahlungsantriebe stimmt im Allgemeinen recht gut mit den längerfristigen Veränderungen der beobachteten Temperaturen überein. Es gibt einige Schwankungen von Jahr zu Jahr, vor allem durch El-Niño-Ereignisse, die nicht durch Änderungen der Antriebsfaktoren bedingt sind. Es gibt auch Zeiträume von 1900-1920 und 1930-1950, in denen größere Abweichungen zwischen der projizierten und der beobachteten Erwärmung festzustellen sind, sowohl in diesem einfachen Modell als auch in komplexeren Klimamodellen.

Das Schaubild zeigt, dass von allen analysierten Strahlungsantrieben nur die Zunahme der Treibhausgasemissionen das Ausmaß der Erwärmung in den letzten 150 Jahren hervorruft.

Wenn allein die Treibhausgasemissionen den Planeten erwärmen würden, würden wir etwa ein Drittel mehr Erwärmung erwarten, als tatsächlich eingetreten ist.

Welche Rolle spielen nun all die anderen Faktoren?

Die zusätzliche Erwärmung durch Treibhausgase wird durch Schwefeldioxid und andere Produkte der Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgeglichen, die atmosphärische Aerosole bilden. Aerosole in der Atmosphäre reflektieren sowohl die einfallende Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum als auch die Bildung hoher, reflektierender Wolken, die die Erde abkühlen.

Ozon ist ein kurzlebiges Treibhausgas, das die ausströmende Wärme zurückhält und die Erde erwärmt. Ozon wird nicht direkt emittiert, sondern bildet sich, wenn Methan, Kohlenmonoxid, Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen in der Atmosphäre zerfallen. Die Zunahme des Ozons ist direkt auf die menschlichen Emissionen dieser Gase zurückzuführen.

In der oberen Atmosphäre hatte der Ozonabbau durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und andere Halogenkohlenwasserstoffe, die die Ozonschicht abbauen, eine bescheidene kühlende Wirkung. Die Nettoauswirkungen der kombinierten Ozonveränderungen in der unteren und oberen Atmosphäre haben die Erde um ein paar Zehntel Grad erwärmt.

Änderungen in der Art der Landnutzung verändern das Reflexionsvermögen der Erdoberfläche. Wird beispielsweise ein Wald durch ein Feld ersetzt, so wird im Allgemeinen mehr Sonnenlicht in den Weltraum zurückgeworfen, insbesondere in schneereichen Regionen. Der Netto-Klimaeffekt der Landnutzungsänderungen seit 1850 ist eine mäßige Abkühlung.

Vulkane haben eine kurzfristige kühlende Wirkung auf das Klima, da sie Sulfataerosole hoch in die Stratosphäre schleudern, wo sie einige Jahre lang in der Luft bleiben können und das einfallende Sonnenlicht zurück ins All reflektieren. Sobald die Sulfate jedoch wieder an die Oberfläche driften, lässt die kühlende Wirkung der Vulkane nach. Die orangefarbene Linie zeigt die geschätzte Auswirkung von Vulkanen auf das Klima, wobei große Temperaturspitzen von bis zu 0,4 °C mit größeren Ausbrüchen verbunden sind.

3. Januar 2009 – Santiaguito-Ausbruch, Guatemala. Credit: Stocktrek Images, Inc. / Alamy Stock Photo.

Die Sonnenaktivität wird von Satelliten in den letzten Jahrzehnten gemessen und anhand der Sonnenfleckenzahlen in der jüngeren Vergangenheit geschätzt. Die Energiemenge, die von der Sonne auf die Erde trifft, schwankt geringfügig in einem Zyklus von etwa 11 Jahren. Seit den 1850er Jahren hat die Sonnenaktivität insgesamt leicht zugenommen, aber die Menge an zusätzlicher Sonnenenergie, die die Erde erreicht, ist im Vergleich zu anderen untersuchten Strahlungsantrieben gering.

In den letzten 50 Jahren ist die Sonnenenergie, die die Erde erreicht, sogar leicht zurückgegangen, während die Temperaturen dramatisch angestiegen sind.

Menschliche Antriebe stimmen mit der beobachteten Erwärmung überein

Die Genauigkeit dieses Modells hängt von der Genauigkeit der Schätzungen der Strahlungsantriebe ab. Einige Arten von Strahlungsantrieben wie die atmosphärische CO2-Konzentration können direkt gemessen werden und haben relativ geringe Unsicherheiten. Andere, wie z. B. Aerosole, sind aufgrund der Schwierigkeit, ihre Auswirkungen auf die Wolkenbildung genau zu messen, mit viel größeren Unsicherheiten behaftet.

Diese werden in der nachstehenden Abbildung berücksichtigt, die die natürlichen (blaue Linie) und die vom Menschen verursachten (rote Linie) Strahlungsantriebe sowie die Unsicherheiten zeigt, die das statistische Modell mit jedem dieser Antriebe verbindet. Die schattierten Bereiche basieren auf 200 verschiedenen Schätzungen der Strahlungsfaktoren, wobei die Forschung versucht hat, eine Reihe von Werten für jeden Faktor zu schätzen. Die Unsicherheiten bei den menschlichen Faktoren nehmen nach 1960 zu, was vor allem auf den Anstieg der Aerosolemissionen nach diesem Zeitpunkt zurückzuführen ist.

Globale mittlere Oberflächentemperaturen von Berkeley Earth (schwarze Punkte) und modellierter Einfluss aller kombinierten natürlichen (blaue Linie) und menschlichen (rote Linie) Strahlungsantriebe mit ihren jeweiligen Unsicherheiten (schattierte Flächen) für den Zeitraum von 1850 bis 2017. Die Kombination aller natürlichen und menschlichen Einflüsse (graue Linie) ist ebenfalls dargestellt. Siehe Methoden am Ende des Artikels für Details. Insgesamt stimmt die Erwärmung in Verbindung mit allen menschlichen Einflüssen recht gut mit der beobachteten Erwärmung überein und zeigt, dass etwa 104 % der Gesamterwärmung seit Beginn der „modernen“ Periode im Jahr 1950 auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind (und 103 % seit 1850), was dem vom IPCC angegebenen Wert entspricht. Das einfache statistische Modell, das Carbon Brief für diese Analyse verwendet hat, unterscheidet sich von den viel komplexeren Klimamodellen, die Wissenschaftler im Allgemeinen verwenden, um den menschlichen Einfluss auf die Erwärmung zu bewerten. Klimamodelle „passen“ nicht einfach die Antriebsfaktoren an die beobachteten Temperaturen an. Klimamodelle berücksichtigen auch räumliche und zeitliche Temperaturschwankungen und können die unterschiedliche Wirksamkeit von Strahlungsantrieben in verschiedenen Regionen der Erde berücksichtigen.

Bei der Analyse der Auswirkungen verschiedener Antriebe auf die globalen Temperaturen kommen komplexe Klimamodelle jedoch im Allgemeinen zu ähnlichen Ergebnissen wie einfache statistische Modelle. Die folgende Abbildung aus dem Fünften Sachstandsbericht des IPCC zeigt den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Temperatur für den Zeitraum von 1950 bis 2010. Die beobachteten Temperaturen sind in Schwarz dargestellt, während die Summe der menschlichen Einflüsse in Orange gezeigt wird.

Abbildung TS10 aus dem Fünften Sachstandsbericht des IPCC. Die beobachteten Temperaturen stammen aus HadCRUT4. Treibhausgase sind alle gut gemischten Treibhausgase, ANT ist der gesamte menschliche Einfluss, OA ist der menschliche Einfluss außer Treibhausgasen (hauptsächlich Aerosole), NAT ist der natürliche Einfluss (Sonne und Vulkane) und die interne Variabilität ist eine Schätzung des potenziellen Einflusses von multidekadischen Ozeanzyklen und ähnlichen Faktoren. Die Fehlerbalken zeigen die Unsicherheiten von einem Sigma für jeden Faktor. Quelle: IPCC.

Dies deutet darauf hin, dass menschliche Einflüsse allein zu etwa 110 % der beobachteten Erwärmung geführt hätten. Der IPCC hat auch das geschätzte Ausmaß der internen Variabilität in diesem Zeitraum in die Modelle einbezogen, das nach seinen Angaben relativ gering und mit dem der natürlichen Einflüsse vergleichbar ist.

Wie Prof. Gabi Hegerl von der Universität Edinburgh gegenüber Carbon Brief erklärt: „

Landgebiete erwärmen sich schneller

Die Landtemperaturen haben sich im vergangenen Jahrhundert deutlich schneller erwärmt als die globalen Durchschnittstemperaturen, wobei die Temperaturen in den letzten Jahren etwa 1,7 °C über dem vorindustriellen Niveau lagen. Die Aufzeichnungen der Landtemperaturen reichen auch weiter zurück als die der globalen Temperaturen, obwohl der Zeitraum vor 1850 mit viel größeren Unsicherheiten behaftet ist.

Mit Hilfe des statistischen Modells können sowohl menschliche als auch natürliche Strahlungseffekte mit den Landtemperaturen in Einklang gebracht werden. Das Ausmaß menschlicher und natürlicher Einflüsse wird sich zwischen den Landtemperaturen und den globalen Temperaturen ein wenig unterscheiden. Zum Beispiel scheinen Vulkanausbrüche einen größeren Einfluss auf die Landtemperaturen zu haben, da die Landtemperaturen wahrscheinlich schneller auf rasche Änderungen der Faktoren reagieren.

Die folgende Abbildung zeigt den relativen Beitrag der verschiedenen Strahlungsfaktoren zu den Landtemperaturen seit 1750.

Mittlere Landoberflächentemperaturen von Berkeley Earth (schwarze Punkte) und modellierter Einfluss der verschiedenen Strahlungsfaktoren (farbige Linien) sowie die Kombination aller Faktoren (graue Linie) für den Zeitraum von 1750 bis 2017. Grafik von Carbon Brief unter Verwendung von Highcharts.

Die Kombination aller Faktoren stimmt im Allgemeinen recht gut mit den beobachteten Temperaturen überein, wobei die kurzfristigen Schwankungen um die graue Linie herum hauptsächlich durch El Niño und La Niña-Ereignisse verursacht werden. Bei den Temperaturen vor 1850 gibt es eine größere Schwankung, was die viel größeren Unsicherheiten in den Beobachtungsaufzeichnungen in dieser Zeit widerspiegelt.

Es gibt immer noch eine Periode um 1930 und 1940, in der die Beobachtungen die Vorhersagen des Modells übertreffen, obwohl die Unterschiede weniger ausgeprägt sind als bei den globalen Temperaturen und die Abweichung zwischen 1900 und 1920 in den Landaufzeichnungen größtenteils fehlt.

Vulkanausbrüche in den späten 1700er und frühen 1800er Jahren stechen in den Landaufzeichnungen deutlich hervor. Der Ausbruch des Mount Tambora in Indonesien im Jahr 1815 könnte die Landtemperaturen um gewaltige 1,5 °C abgekühlt haben, obwohl die Aufzeichnungen zu dieser Zeit auf Teile der nördlichen Hemisphäre beschränkt waren und es daher schwierig ist, eine eindeutige Schlussfolgerung über die globalen Auswirkungen zu ziehen. Im Allgemeinen scheinen Vulkane die Landtemperaturen fast doppelt so stark abzukühlen wie die globalen Temperaturen.

Was könnte in der Zukunft passieren?

Carbon Brief hat dasselbe Modell verwendet, um künftige Temperaturveränderungen in Verbindung mit jedem Antriebsfaktor zu prognostizieren. Die folgende Abbildung zeigt die Beobachtungen bis 2017 zusammen mit den zukünftigen Strahlungsantrieben nach 2017 gemäß RCP6.0, einem Szenario mit mittlerer bis starker Erwärmung.

Globale mittlere Oberflächentemperaturen von Berkeley Earth (schwarze Punkte) und modellierter Einfluss verschiedener Strahlungsbeschleuniger (farbige Linien) für den Zeitraum von 1850 bis 2100. Die Einflüsse nach 2017 stammen vom RCP6.0. Grafik von Carbon Brief unter Verwendung von Highcharts.

Wenn die Strahlungsantriebe für das RCP6.0-Szenario zur Verfügung gestellt werden, zeigt das einfache statistische Modell eine Erwärmung von etwa 3°C bis 2100, was fast identisch mit der durchschnittlichen Erwärmung ist, die Klimamodelle feststellen.

Es wird erwartet, dass der Strahlungsantrieb durch CO2 in Zukunft weiter zunimmt, wenn die Emissionen steigen. Die Aerosole hingegen werden den Prognosen zufolge ihren Höchststand erreichen und bis zum Jahr 2100 deutlich zurückgehen, was zum großen Teil auf die Sorge um die Luftqualität zurückzuführen ist. Dieser Rückgang der Aerosole wird die Gesamterwärmung verstärken und die Gesamterwärmung durch alle Strahlungsantriebe näher an die Erwärmung durch Treibhausgase allein heranbringen. Die RCP-Szenarien gehen davon aus, dass es in Zukunft keine spezifischen Vulkanausbrüche geben wird, da deren Zeitpunkt nicht bekannt ist, während die Sonnenleistung ihren 11-Jahres-Zyklus fortsetzt.

Dieser Ansatz kann auch auf die Landtemperaturen angewandt werden, wie die folgende Abbildung zeigt. Hier sind die Landtemperaturen zwischen 1750 und 2100 dargestellt, wobei die Verstärkungen nach 2017 ebenfalls aus dem RCP6.0 stammen.

Mittlere Landoberflächentemperaturen von Berkeley Earth (schwarze Punkte) und der modellierte Einfluss verschiedener Strahlungsverstärkungen (farbige Linien) für den Zeitraum von 1750 bis 2100. Die Einflüsse nach 2017 stammen vom RCP6.0. Grafik von Carbon Brief unter Verwendung von Highcharts.

Das Land wird sich voraussichtlich etwa 30 % schneller erwärmen als der Globus insgesamt, da die Erwärmung über den Ozeanen durch die Wärmeaufnahme der Ozeane abgepuffert wird. Dies zeigt sich in den Modellergebnissen, wo sich das Land bis zum Jahr 2100 um etwa 4°C erwärmt, verglichen mit 3°C weltweit im RCP6.0-Szenario.

Es gibt eine große Bandbreite an möglicher zukünftiger Erwärmung durch verschiedene RCP-Szenarien und unterschiedliche Werte für die Empfindlichkeit des Klimasystems, aber alle zeigen ein ähnliches Muster abnehmender zukünftiger Aerosolemissionen und eine größere Rolle des Treibhausgasantriebs für zukünftige Temperaturen.

Die Rolle natürlicher Schwankungen

Während natürliche Antriebe durch Sonneneinstrahlung und Vulkane keine große Rolle bei der langfristigen Erwärmung zu spielen scheinen, gibt es auch natürliche Schwankungen im Zusammenhang mit Ozeanzyklen und Schwankungen bei der Wärmeaufnahme des Ozeans.

Da der größte Teil der von den Treibhausgasen gebundenen Energie von den Ozeanen und nicht von der Atmosphäre absorbiert wird, können Veränderungen in der Rate der Wärmeaufnahme des Ozeans möglicherweise große Auswirkungen auf die Oberflächentemperatur haben. Einige Forscher haben argumentiert, dass multidekadische Zyklen wie die Atlantische Multidekadische Oszillation (AMO) und die Pazifische Dekadische Oszillation (PDO) eine Rolle bei der Erwärmung auf einer dekadischen Skala spielen können.

Während menschliche Faktoren die gesamte langfristige Erwärmung erklären, gibt es einige spezifische Perioden, die sich offenbar schneller erwärmt oder abgekühlt haben, als dies auf der Grundlage unserer besten Schätzungen des Strahlungsantriebs erklärt werden kann. So könnte die geringe Diskrepanz zwischen der auf dem Strahlungsantrieb basierenden Schätzung und den Beobachtungen in der Mitte des 19. Jahrhunderts ein Hinweis auf eine Rolle der natürlichen Variabilität in diesem Zeitraum sein.

Eine Reihe von Forschern hat untersucht, inwieweit sich die natürliche Variabilität auf die langfristigen Erwärmungstrends auswirkt. Sie haben festgestellt, dass sie im Allgemeinen eine begrenzte Rolle spielen. Dr. Markus Huber und Dr. Reto Knutti vom Institut für Atmosphären- und Klimawissenschaften (IAC) in Zürich fanden beispielsweise einen maximal möglichen Beitrag der natürlichen Variabilität von etwa 26 % (+/- 12 %) über die letzten 100 Jahre und 18 % (+/- 9 %) über die letzten 50 Jahre.

Knutti erklärt gegenüber Carbon Brief:

„Wir können nie ganz ausschließen, dass die natürliche Variabilität größer ist, als wir derzeit annehmen. Aber das ist ein schwaches Argument: Man kann das unbekannte Unbekannte natürlich nie ausschließen. Die Frage ist, ob es dafür starke oder sogar irgendwelche Beweise gibt. Und die Antwort ist meiner Meinung nach nein.

Modelle stimmen in etwa mit der kurzfristigen Temperaturvariabilität überein. In vielen Fällen haben sie sogar zu viel davon. Und auf lange Sicht können wir uns nicht sicher sein, weil die Beobachtungen begrenzt sind. Aber die erzwungene Reaktion erklärt ziemlich genau die Beobachtungen, so dass es keine Beweise aus dem 20. Jahrhundert gibt, dass wir etwas übersehen…

Selbst wenn sich herausstellen sollte, dass die Modelle die interne Variabilität um den Faktor drei unterschätzen, ist es äußerst unwahrscheinlich, dass die interne Variabilität einen so großen Trend wie den beobachteten hervorrufen könnte.“

In ähnlicher Weise haben Dr. Martin Stolpe und Kollegen, ebenfalls vom IAC, kürzlich die Rolle der multidekadischen natürlichen Variabilität sowohl im Atlantik als auch im Pazifik analysiert. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass „weniger als 10 % der beobachteten globalen Erwärmung in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts auf interne Schwankungen in diesen beiden Ozeanbecken zurückzuführen sind, was die Annahme untermauert, dass der größte Teil der beobachteten Erwärmung auf anthropogene Einflüsse zurückzuführen ist“.

Interne Schwankungen spielen wahrscheinlich eine viel größere Rolle bei den regionalen Temperaturen. So hat sie beispielsweise in den 1930er Jahren in der Arktis und in den USA ungewöhnlich warme Perioden verursacht. Ihre Rolle bei der Beeinflussung langfristiger Veränderungen der globalen Oberflächentemperaturen scheint jedoch begrenzt zu sein.

Schlussfolgerung

Es gibt zwar natürliche Faktoren, die das Erdklima beeinflussen, aber der kombinierte Einfluss von Vulkanen und Veränderungen der Sonnenaktivität hätte in den letzten 50 Jahren eher zu einer Abkühlung als zu einer Erwärmung geführt.

Die in den letzten 150 Jahren beobachtete globale Erwärmung entspricht fast genau dem, was von Treibhausgasemissionen und anderen menschlichen Aktivitäten erwartet wird, sowohl in dem hier untersuchten einfachen Modell als auch in komplexeren Klimamodellen. Die beste Schätzung des menschlichen Beitrags zur modernen Erwärmung liegt bei etwa 100 %.

Eine gewisse Unsicherheit verbleibt aufgrund der Rolle der natürlichen Variabilität, aber die Forscher vermuten, dass Ozeanschwankungen und ähnliche Faktoren wahrscheinlich nicht die Ursache für mehr als einen kleinen Teil der modernen globalen Erwärmung sind.

Methodik

Das in diesem Artikel verwendete einfache statistische Modell ist an den von Haustein et al. (2017) veröffentlichten Global Warming Index angepasst. Es basiert wiederum auf dem Modell von Otto et al. (2015).

Das Modell schätzt die Beiträge zum beobachteten Klimawandel und entfernt die Auswirkungen natürlicher Schwankungen von Jahr zu Jahr durch eine multiple lineare Regression der beobachteten Temperaturen und der geschätzten Reaktionen auf die gesamten vom Menschen verursachten und die gesamten natürlichen Treiber des Klimawandels. Die Reaktionen auf die Antriebe werden durch das einfache Standard-Klimamodell in Kapitel 8 von IPCC (2013) bereitgestellt, aber die Größe dieser Reaktionen wird durch die Anpassung an die Beobachtungen geschätzt. Die Forcings basieren auf den Werten des IPCC (2013) und wurden anhand von Daten von NOAA und ECLIPSE auf 2017 aktualisiert. Dr. Piers Forster von der University of Leeds hat 200 Variationen dieser Forcings zur Verfügung gestellt, die die Unsicherheiten bei den Schätzungen der Forcings widerspiegeln. Eine Excel-Tabelle, die das Modell enthält, wird ebenfalls zur Verfügung gestellt.

Das Modell wurde angepasst, indem die Reaktionen auf die verschiedenen wichtigen Klimaerwärmungen und nicht nur die Summe der menschlichen und natürlichen Erderwärmungen berechnet wurden, wobei die Berkeley Earth-Aufzeichnungen für die Beobachtungen verwendet wurden. Die Abklingzeit der thermischen Reaktion, die bei der Umwandlung von Antriebsfaktoren in Antriebsreaktionen verwendet wird, wurde auf ein Jahr statt auf vier Jahre für vulkanische Antriebsfaktoren angepasst, um die schnelle Reaktionszeit in den Beobachtungen besser widerzuspiegeln. Die Auswirkungen von El-Niño- und La-Niña-Ereignissen (ENSO) wurden aus den Beobachtungen entfernt, indem ein von Foster und Rahmstorf (2011) und dem Kaplan-El-Niño-3.4-Index angepasster Ansatz bei der Berechnung der vulkanischen Temperaturreaktion verwendet wurde, da die Überschneidung zwischen Vulkanen und ENSO andernfalls die empirischen Schätzungen erschwert.

Die Temperaturreaktion für jeden einzelnen Antrieb wurde durch Skalierung ihrer Antriebsreaktionen mit den gesamten menschlichen oder natürlichen Koeffizienten aus dem Regressionsmodell berechnet. Das Regressionsmodell wurde auch separat für die Landtemperaturen durchgeführt. Die Temperaturreaktionen für jeden Antrieb zwischen 2018 und 2100 wurden unter Verwendung der Antriebsdaten von RCP6.0 geschätzt, die so normalisiert wurden, dass sie der Größe der beobachteten Antriebe Ende 2017 entsprachen.

Die Unsicherheiten der gesamten menschlichen und natürlichen Temperaturreaktionen wurden anhand einer Monte-Carlo-Analyse von 200 verschiedenen Antriebsreihen sowie der Unsicherheiten der geschätzten Regressionskoeffizienten geschätzt. Der Python-Code, der zur Ausführung des Modells verwendet wurde, ist bei GitHub archiviert und kann heruntergeladen werden.

Die in den Abbildungen gezeigten Beobachtungsdaten aus dem Jahr 2017 basieren auf dem Durchschnitt der ersten zehn Monate des Jahres und dürften dem endgültigen Jahreswert recht ähnlich sein.