Klimawette Teil 2

Letzte Woche haben wir eine Wette gegen die Vorhersage einer "Pause der globalen Erwärmung" von Keenlyside et al. in Nature angeboten. Bei der Gelegenheit versprachen wir, unsere wissenschaftlichen Argumente darzulegen – hier sind sie. Dass die Prognose von Keenlyside et al. zutreffend ist, bezweifeln wir aus folgenden Gründen:

1)    Die Abbildung 4 aus ihrer Arbeit (siehe unseren letzten Beitrag) zeigt, dass ein gängiges Klimaszenario vom IPCC-Typ etwas bessere Ergebnisse für die globalen Durchschnittstemperaturen liefert als ihre neue Methode unter Einbeziehung der beobachteten Oberflächentemperaturen der Ozeane (siehe auch die Zahlen der Korrelationen in der Legende).

 

Abbildung von Keenlyside et al. (2008). Die rote Linie zeigt Beobachtungsdaten (HadCRU3), die schwarze Linie ein standardisiertes IPCC-Szenario (bis 2000 angetrieben durch beobachtete Antriebe, danach mit dem A1B-Emmissionszenario) und die grünen Punkte die Prognose mit initialisierten Oberflächentemperaturen der Ozeane. Alle Werte sind Durchschnittswerte für je zehn Jahre.

Dass das klassische Erwärmungsszenario bessere Ergebnisse liefert ist sehr bemerkenswert, da es keine Beobachtungsdaten verwendet. Die grüne Kurve, die ein Satz einzelner Zehnjahresprognosen und keine Zeitreihe ist, startet jedes mal neu sehr nah am tatsächlich beobachteten Klima, weil sie mit tatsächlich gemessenen Meerestemperaturen initialisiert wird. Deswegen kann dieses Modell schon konstruktionsbedingt nicht sehr weit von den beobachteten Daten abweichen, im Gegensatz zur "frei" modellierten schwarzen Zeitreihe. Dass letztere dennoch bessere Ergebnisse liefert, zeigt, dass die Initialisierungs-Technik die Prognosen nicht verbessert.

2)    Ihre Abkühlungsvorhersagen haben keinen Test während der "hindcasting"-Periode bestanden. Die 10-Jahres-Mittel der globalen Temperaturen sind während der gesamten Zeit monoton gestiegen – siehe die rote Linie in ihrer Graphik). Das Verfahren hat allerdings offenbar zwei falsche Abkühlungsvorhersagen gemacht: für das Jahrzehnt um 1970 und das um 1999.

3)    Nicht nur erzeugt ihr Verfahren zu niedrige Temperaturen für den Zeitraum von 1994-2004, sondern praktisch sicher auch für 2000-2010. Damit ihre Vorhersage für den Zeitraum 2000-2010 korrekt ist, müssen alle verbleibenden Monate dieses Zeitraumes so kalt sein wie der Januar 2008 – der in diesem Jahrzehnt mit Abstand der kältelste Monat war. Es müsste also in den nächsten zweieinhalb Jahren eine extreme Abkühlung eintreten.

4)    Auch für die europäischen Temperaturen (Abb. 3c in der Veröffentlichung und nicht Gegenstand unserer Wette) ist die Vorhersagekraft des Verfahrens von Keenlyside et al. nicht besonders eindrucksvoll. Die Methode prognostizierte seit 1970 mehrmals Abkühlungen, die Temperatur stieg jedoch jedes Mal an. Man muss bedenken, dass alle ihre Vorhersagen nah an der roten Linie starten; praktisch jede Prognose erwies sich als kälter als das, was dann tatsächlich eintrat. Die Vorhersagen nach dieser Methode scheinen einen systematischen Fehler aufzuweisen.

5)    Eine der zentralen Aussagen des Papers ist, dass die Methode erlaubt, das Verhalten der MOC (meridional overturning circulation, meridionale Umwälzbewegung) im Atlantik vorherzusagen. Mangels Daten wissen wir nicht, wie sich die MOC verändert. Daher diagnostizieren die Autoren den Zustand der MOC aus den Oberflächentemperaturen – vereinfacht gesagt: Ein warmer nördlicher Atlantik deutet auf eine starke MOC hin, ein kühler auf eine schwache MOC (es ist in Wirklichkeit ein bisschen komplizierter). Ihr Verfahren passt die Meerestemperaturen des Modells der Wirklichkeit an, bevor die Vorhersage startet. Aber erzeugt man so eine korrekte Reaktion der MOC? Angenommen, der Atlantik im Modell ist zu kalt. Das Bedeutet in Keenlysides Ansatz, dass die MOC zu schwach ist. Die Oberflächentemperatur im Modell wird dann ein wenig erhöht. Aber dadurch verringert man die Dichte des Oberflächenwassers und erhöht seinen Auftrieb, was die MOC tendenziell abschwächt statt sie zu verstärken! Es erscheint uns daher unwahrscheinlich, dass man das Verhalten der MOC mit diesem Verfahren richtig hinbekommt. Es wäre schön, wenn dies in einem "perfekten Modell" Experiment untersucht würde, wo die Methode benutzt wird, um das Verhalten einer anderen Modellsimulation vorherzusagen statt der Realität (dann hat man viel mehr Daten zur Verfügung). Wenn die Methode in einer solchen Situation versagt, wird sie das auch in der realen Welt tun. 

6)    Wenn Modelle von einer Kopplung an beobachtete Meerestemperaturen auf eine eigene Berechnung dieser Oberflächentemperaturen umgestellt werden, erleiden sie einen so genannten Kopplungsschock. Das ist nur schwer, wahrscheinlich sogar unmöglich, zu vermeiden, wie Experimente mit "perfekten Modellen" gezeigt haben (z.B. Rahmstorf, Climate Dynamics 1995). Diese Schwierigkeit stellt eine erhebliche Herausforderung für den von Keenlyside et al. gewähltem Vorhersage-Typ dar, bei dem so ein Übergang zu frei kalkulierten Oberflächentemperaturen direkt zu Beginn der Prognose auftritt. Als Antwort auf diesen Kopplungsschock treten im Modell typischerweise einige Jahrzehnte lang MOC-Oszillationen auf, etwa in der Stärke, wie sie im Modell von Keenlyside et al. zu beobachten sind. Wir vermuten, dass dieser Kopplungsschock, der keine realistische Klimaschwankung, sondern ein Modellierungsartefakt ist, wesentliche Auswirkungen auf die Ergebnisse der Simulation hat. Ein möglicher Test wären wieder "perfektes Modell" Experimente wie oben erwähnt, oder eine Analyse der Strahlungsbilanz in "freien" Modellläufen und solchen mit Anpassung an beobachtete Meerestemperaturen - ein signifikanter Unterschied zwischen beiden könnte einiges erklären.

7)    Wie gut das Modell von Keenlyside et al. im Bezug auf die MOC arbeitet, können wir anhand der Karte der Vorhesagegüte in Abb. 1a sehen. Die Darstellung zeigt blaue Gebiete in der Labradorsee, im Europäischen Nordmeer sowie dem Golfstromgebiet. Diese blauen Bereiche kennzeichnen "negativen skill“, das heißt, das Verfahren der Datenassimilation verschlechtert die Vorhersage, statt sie zu verbessern. Diese Gebiete sind gerade die entscheidenden für die MOC, und das zeigt unserer Meinung nach, dass das Verfahren aus den unter den Punkten 5 und 6 genannten Gründen die variationen der MOC nicht korrekt beschreibt.

8)    Die vom IPCC verwendeten Klimamodelle, alle im CMIP3-Modellarchiv der Öffentlichkeit zugänglich, beinhalten bereits natürliche Schwankungen der MOC sowie die Variabilität im tropischen Pazifik oder die Nordatlantische Oszillation. Einige berücksichtigen auch Schätzungen über die Variabilität der Sonneneinstrahlung im Antrieb. Im Prinzip sollten daher in allen diesen Modellen Abkühlungsphasen vergleichbar dem Keenlyside-Modell auftreten – nur dass sie in diesen Modellen zu einem zufälligen Zeitpunkt erscheinen sollten und nicht zu einer spezifischen Zeit. Letzteres ist schließlich die Innovation, die die neue Studie versucht. Das Problem ist, dass in allen Standardmodellen der globalen Erwärmung eine Abkühlung eines ganzen Jahrzehnts im Vergleich zum vorherigen extrem unwahrscheinlich ist und praktisch nie auftritt (siehe auch diesen Beitrag). Das deutet darauf hin, dass die Prognose der globalen Abkühlung von Keenlyside et al außerhalb der natürlichen Schwankungsbreite von Klimamodellen (und wahrscheinlich des realen Klimasystems) liegt und daher vielleicht ein Artefakt des Initialisierungsverfahrens ist.

Natürlich könnten wir mit unserer Einschätzung daneben liegen. Den Kollegen stehen die kompletten Datensätze zur Verfügung, mit denen sie zudem Monate lang gearbeitet haben, während wir uns allein auf ihre Publikation verlassen müssen. Aber das Schöe an ihrer Vorhersage ist ja, dass wir in wenigen Jahren wissen werden, ob sie zutrifft – denn es handelt sich um nachprüfbare Kurzzeitvorhersagen, von den wir gerne künftig mehr sehen.

Warum haben wir eine Wette über diese Vorhersage vorgeschlagen? Hauptsächlich deshalb, weil wir über die weltweite Berichterstattung in den Medien besorgt sind. Die Medienberichte ließen die kommende Pause bei der globalen Erwärmung praktisch als Tatsache erscheinen, nicht als eine experimentelle Vorhersage. Sollten sich Keenlysides Prognosen als falsch erweisen, könnte dies zum Bumerang für die ganze Gemeinde der Klimaforscher werden. Selbst heute noch wird die Tatsache, dass einige Wissenschaftler in den 1970er Jahren eine globale Abkühlung voraussagten, dazu benutzt, die Glaubwürdigkeit der Klimaforschung zu untergraben – obwohl zu jener Zeit nur einige wenige Forscher diese Position vertraten und es ihnen niemals gelang, viele ihrer Kollegen davon zu überzeugen. Eine öffentliche Wette zwischen verschiedenen Forschergruppen signalisiert der breiten Öffentlichkeit, dass diese Vorhersage keinen breit unterstützten Konsens der Gemeinde der Klimaforscher darstellt, ganz im Gegensatz zu den Berichten des Weltklimarats IPCC (über die wir uns übrigens mit Keenlyside und Kollegen völlig einig sind). Einige Medienberichte behaupteten sogar, dass die Szenarien des IPCC durch diese "verbesserte" Vorhersage überholt seien.

Indem wir der Diskussion die Gestalt einer Wette geben, können wir auch klären, welche Vorhersage es denn nun genau ist, die getroffen wurde, und welche Daten diese Vorhersage falsifizieren würden. Die Publikation alleine lies uns das nicht völlig klar werden, sodass es einiger Nachfragen bei den Autoren bedurfte, um dies herauszufinden. Nicht zuletzt gibt es den Kollegen die Chance zu sagen: "Moment mal, ganz so war die Vorhersage nicht gemeint – aber wir würden über eine modifizierte Vorhersage wetten, wenn sie wie folgt lautet: ..."

Und natürlich können wir auch gerne noch einmal über den Wetteinsatz reden, ums Geld geht es uns schließlich nicht. Eine gute Sache wäre zum Beispiel eine Spende an ein Projekt zur Erhaltung des Regenwalds, oder wir kaufen aus dem europäischen Emissionshandel hundert Tonnen Kohlendioxid, um sie auf diese Weise vom Markt zu nehmen.

Wir hoffen nun, dass diese Diskussion Klarheit in die Angelegenheit bringen wird, und laden Keenlyside et al. herzlich ein, hier in der KlimaLounge (oder auf www.realclimate.org) in einem Gastbeitrag ihre Sicht der Dinge darzustellen.

Aktuell dazu:

Interview in der Frankfurter Rundschau 

Bericht bei Spiegel online 

Und Maxeiner und Miersch versuchen aus dem Thema eine Polemik zu machen – wie bei diesen Autoren schon gewohnt unter Verdrehung aller Tatsachen. Sie berichten falsch, wer die Wette angeboten hat („ein halbes Dutzend der einflussreichsten Forscher des Weltklimarates“). Sie berichten falsch, worum sie geht („die Vorhersagen des Weltklimarates“ – in Wahrheit geht es um eine Vorhersage von natürlichen Klimaschwankungen, wozu der Weltklimarat gar keine Prognosen abgibt). Und sie haben die Ausstiegsklausel nicht gelesen (sie implizieren, der Ausbruch des Vulkans Chaitén in Chile würde die Wette ungültig machen).

- Liebe Leser.
Da sich die Diskussion in den Kommentaren sinnlos im Kreise dreht und mit dem Thema nichts mehr zu tun hat, ist die Kommentarfunktion in diesem Beitrag geschlossen.
Die Redaktion -

 

 

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