Klimazyklen und globale Erwärmung

Von Prof. Horst-Joachim Lüdecke

Prof. Horst-Joachim Lüdecke ist Physiker für Strömungsmechanik und emeritierter Professor an der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes. Im zweiten Abschnitt der Internetkonferenz des Schiller-Instituts am 26. Juni 2021 hielt er den folgenden Vortrag.

Der bekannteste Klimazyklus ist der Wechsel von Warmzeiten zu Eiszeiten mit einer Periodenlänge von etwa 100.000 Jahren. Er ist zurück bis 2 Millionen Jahren bekannt und in Figur 1 bis 400.000 Jahre vor heute gezeigt.

Abb. 1: Glazialepochen aus Isotopenanalyse des antarktischen Eisschildes, Temperatur (blau), CO2-Konzentration (grün). Der Entdecker dieser Zyklen war der serbische Geo­physiker und Astronom Milutin Milankovitch zu Beginn des 20. Jahrhunderts.

Abb. 2: Temperaturen auf der Nordhalbkugel in den letzten 10.000 Jahren.

Abb. 3: Winterlandschaft: Hendrick Avercamp (1585-1634).

Die Daten in Abbildung 1 wurden aus Eisbohrkernen der Antarktis gewonnen. Die Zeitachse in Einheiten von 1000 Jahren (oder 1k) läuft von rechts nach links. Oben die Temperaturen in blau sind Anomalien um den Wert 0°C, es handelt sich um Antarktis­temperaturen. Auffällig ist, daß die Warmzeiten stets sehr viel kürzer sind als die Eiszeiten.

Der Zyklus von Eiszeiten und Warmzeiten war bereits in etwa bekannt, als ihn Anfang des 20. Jahrhunderts der Forscher Milankovitch mit langfristigen Änderungen der Erdbahn um die Sonne erklärte. Die moderne Klimaforschung teilt diese Hypothese. Nur die extreme Kürze der Temperaturanstiege nach jeder Eiszeit paßt nicht zur Erklärung von Milankovitch und ist der Klimawissenschaft immer noch ein Rätsel.

Die Temperaturen über die letzten 10.000 Jahre sind oben ganz rechts als kurzes Stück zu sehen. Sie schwanken höchstens um plus minus 2°C. Schaut man noch einmal auf die gesamte Temperaturkurve, erkennt man, daß in Kürze wieder eine neue Eiszeit beginnen muß.

Im unteren Bildteil sind die CO₂-Kon­zen­trationen der Atmosphäre in grüner Farbe gezeigt.

Auffällig ist der Gleichlauf der CO₂-Kon­zen­tration mit der Temperatur. Das CO₂ folgt der Temperatur aber mit etwa 800 Jahren Zeitverzug, was hier nicht erkennbar ist. Die Ursache dieses anscheinenden Gleich­laufeffekts ist einfach zu erklären: Warmes Meerwasser läßt CO₂ ausgasen, kaltes Meerwasser bindet CO₂. Die Temperaturen führen also das CO₂, nicht umgekehrt, wie es heute mit der globalen Erwärmung versucht wird.

In Abbildung 2 sind nun die letzten 10.000 Jahre gezeigt. Wieder läuft die Zeitachse von rechts nach links.

Man sieht in Abbildung 2 wieder einen zyklischen Temperaturverlauf. Diesmal sind die Zyklen aber sehr viel kürzer, sie liegen zwischen 1000 und 1500 Jahren. Man sieht außerdem, daß es vor 4000 und vor 7000 Jahren wesentlich wärmer war als heute. Vor unserer aktuellen Warmzeit ganz rechts ist eine Kaltzeit in blau zu erkennen, als kleine Eiszeit oder little ice age bezeichnet. Sie setzte im 15. Jahrhundert ein und endete erst Mitte des 19. Jahrhunderts.

Man darf beim Begriff „Kaltzeit“ nicht vergessen, daß solche Zeiten für die Menschheit ausnahmslos nachteilig waren. Warmzeiten waren dagegen stets von Vorteil. In der starken Warmzeit vor 4000 Jahren entstanden die großen Zivilisationen an Nil und am Euphrat. Das Rad, die Schrift, der Pflug, die Sonnenuhr und vieles mehr wurden in dieser Warmperiode erfunden. Kaltzeiten waren stets die Ursachen von Mißernten, Hungersnöten und Seuchen.

Die Folgen der kleinen Eiszeit für die durch Kälte, schlechte Ernten, Hungersnöte und Seuchen geplagte Bevölkerung veranschaulicht Abbildung 3.

In den strengen Wintern der kleinen Eiszeit war die Ostsee komplett zugefroren. Schwedische Truppen, die sich damals wiederholt im Krieg mit Rußland befanden, überquerten mit schweren Packwagen und Kanonen die vereiste Ostsee mehrfach zu Fuß. So etwas ist heute fast unvorstellbar.

Nach Ende der kleinen Eiszeit um 1850 stiegen die Temperaturen in ganz natürlicher Weise wieder an, allerdings mit zwischenzeitlichen Rückfällen. Abbildung 4 zeigt den Temperaturverlauf ab 1850 bis heute.

Die blaue Kurve gibt die Thermometer­messungen wieder.

Abb. 4: Globale Mitteltemperatur (HADCRUT4, in blau), Satelliten­daten (rot), CO2-Konzentration der Atmosphäre (grün).

Abb. 5: TIME, Dezember 1973.

Abb. 6: Darstellung von Prof. J.R. Christy (Universität Alabama) anläßlich seiner Expertenaussage vor dem Wissenschaftsausschuß des US-Kongresses.

Die in grün gefärbten ansteigenden CO₂-Konzentrationen werden vom IPCC [Weltklimarat] als alleinige Ursache des Temperaturanstiegs angesehen. Die Übereinstimmung des CO₂-Verlaufs mit der Temperatur von 1850 bis 1975 ist aber sehr schlecht. Nur ab 1975 bis 2020 ist sie gut. Über die letzten 20 Jahre von 2000 bis 2020 widersprechen die Satellitendaten den Thermometermessungen. Die Satellitenmessungen belegen also für die letzten 20 Jahre ebenfalls keine gute Übereinstimmung mit dem Anstieg des CO₂.

Ist nun das CO₂ die alleinige Ursache der Erwärmung oder nicht? Die Medien und die Politik schließen sich der Auffassung des IPCC von der alleinigen CO₂-Ursache an. Die Klimawissenschaft ist allerdings anderer Ansicht. Unbestritten ist nur, daß es insgesamt seit 1850 um grob 1°C global gemittelt wärmer wurde. So etwas war aber zu erwarten, denn nach der kleinen Eiszeit mußte es ja wieder wärmer werden, ansonsten würden wir immer noch in der Kälte leben.

Schaut man sich nun noch einmal den Verlauf der globalen Mitteltemperatur ab 1850 in Abbildung 4 an, ist neben dem allgemeinen Anstieg ein wellenförmiges Auf und Ab der Temperaturen unübersehbar. Insbesondere die Abkühlung um 1975 erregte großes Aufsehen, was heute gerne vergessen wird. US-Klimaforscher befürchteten damals eine beginnende große Eiszeit, die US-Medien wie zum Beispiel TIME berichteten darüber, wie Abbildung 5 zeigt.

Infolge ihres festen Glaubens an das CO₂ als alleinige Ursache des jüngsten Temperatur­anstiegs wird in den Klimamodellen des IPCC nur die Wirkung des CO₂ berücksichtigt, natürliche zyklische Klimaschwankungen werden in den Modellen dagegen ignoriert. Entsprechend schlecht sind die Modell­ergebnisse. Der US-Klimaforscher Prof. Christy der Universität Alabama zeigte dem US House Committe on Science in seiner Anhörung Abbildung 6, welche die schlechte Aussagekraft von Klimamodellen belegt.

Man erkennt in Abbildung 6, daß kein Modell die Realität befriedigend wiedergeben kann. Die IPCC-Klimamodelle sind also falsch. Dennoch sind sie die Basis der Klimapolitik in den USA, Europa und weiteren westlichen Ländern.

Die Klimawirkung der Sonne
und der Ozeanzyklen

Im Jahre 2001 veröffentlichte der US-Forscher Gerald Bond eine der berühmtesten Klimastudien überhaupt, die bis heute 3000 Mal zitiert wurde und unzählige weitere Fachpublikationen nach sich zog. Bond entdeckte in Sedimentablagerungen des Meeresbodens Zyklen von 1000 bis 1500 Jahren. Bemerkenswerterweise werden diese Bond-Zyklen von den IPCC-Berichten immer noch hartnäckig ignoriert.

Als wichtigster Taktgeber der Bond-Zyklen wird von der Klimawissenschaft nämlich die vom IPCC ungeliebte Sonne angesehen. Sie ist mit vier Parametern klimawirksam, die in Tabelle 1 aufgeführt sind: Totale Sonnenstrahlstärke TSI, Ultraviolett-Anteil von TSI, Magnetfeld der Sonne und Sonnenfleckenzahlen.

Abb. 7: Sonnenfleckenzahlen und Septembertemperaturen in den Niederlanden. Die Sonnenfleckenzahlen gehen den Temperaturen um vier Monate voraus (aus der Studie von H.-J. Lüdecke, R. Cina, H.-J. Dammschneider und S. Lüning, Decadal and multidecadal natural variability in European temperature, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 205 (2020), Supplement).

Tabelle 2: Eine Auswahl von Meereszyklen Der berühmteste Zyklus ist ENSO; SST = Temperatur der Meeresoberfläche, Δp = Unterschied des Atmosphärendrucks
Kürzel	Beschreibung	Wirkursache	Periode
ENSO	El Nino Südliche Oszillation	SST	mehrere Jahre
AMO	Atlantische multidekadale  Oszillation	SST	~ 60 Jahre
NAO	Nordatlantische Oszillation	Δp Azoren-subpolare Tiefdruckrinne	mehrere Dekaden
IOD	Indischer Ozean Dipol	SST	mehrere Jahre
PDO	Pazifische dekadale Oszillation	SST	mehrere Dekaden

Der Klimaeinfluß der Sonne ist nicht nur in den langen Bond-Zyklen, sondern auch in Sonnenzyklen bis herunter von elf Jahren Länge zu sehen. Der Sonnenzyklus von elf Jahren, Schwabe-Zyklus, ist dabei der bekannteste. Als Beispiel der zahlreichen Belege für die Sonne als Klimatreiber sind hier die Septembertemperaturen von Holland in Abbildung 7 gezeigt, die aus einer Fachstudie des Autors stammt.

Man erkennt eine gute Übereinstimmung von Sonnenflecken und Temperaturen. Die Sonne ist hier der Temperatur um vier Monate voraus.

Neben dem direkten Klimaeinfluß der Sonne sind aber noch zahlreiche weitere natürliche Ozeanzyklen entdeckt worden. Sie können in wenigen Fällen auf den Einfluß der Sonne zurückgeführt werden, meist sind ihre Ursachen aber noch völlig unbekannt. Tabelle 2 zeigt eine Liste dieser Ozeanzyklen, die nicht vollständig ist.

Wir haben hier in Tabelle 2 den ENSO = El Nino, die AMO = atlantische multidekadale Oszillation, die NAO = nordatlantische Oszillation, den IOD = Indischer Ozean Dipol und die PDO = pazifische dekadale Oszillation. SST in Spalte 3 von Tabelle 2 bezeichnet die Temperatur der Meeresoberfläche und Δp bedeutet Druckunterschiede wie z.B. zwischen Azorenhoch und Island-Tief.

Man weiß bis heute leider noch zu wenig darüber, wie die Ozeanzyklen entstehen oder gar wie sie funktionieren. Man weiß aber zunehmend mehr über ihre Auswirkungen auf Temperaturen und Niederschläge bis zu mehreren 1000 Kilometern Entfernung, ja sogar weltweiten Entfernungen, wie beim El Nino. Hierzu zwei Beispiele:

Abb. 8: Mittlere Kreuz­korre­lation des nördlichen tropischen Atlantiks und des südlichen tropischen Atlantiks (blau) gegen den standardi­sierten Nieder­schlags­index (orange) SPI. Eine schwere Trocken­periode wird durch die gestrichelte rote Linie angezeigt (SPI<-1,5). Eine Dürre wird immer dann vorher­gesagt, wenn die blaue Linie unter den Schwellen­wert von -0,06 fällt (Figur aus der Studie C. Ciemer et al., „An early-warning indicator for Amazon droughts exclusively based on tropical Atlantic sea surface temperatures“, Environ­mental Research Letters 15, 2020).

Abb. 9: Einfluß auf den Niederschlag durch die Ozeanzyklen AMO, NAO, ENSO, IOD, PDO und Sonne, Figur aus H.-J. Lüdecke, G. Müller-Plath, M.G. Wallace und S. Lüning, „Decadal and multidecadal natural variability of African rainfall“, Journal of Hydrology: Regional Studies 34 (2021).


Abb. 10: Cross-Wavelet des äthiopischen Februar-Regens mit Sonnenflecken, die dem Regen um 52 Monate vorausgehen. Die Pfeile zeigen die Phase zwischen Sonne und Regen an.

1. Beispiel: Es wurde schon länger vermutet, daß die SST-Variationen im tropischen Atlantik Auswirkungen auf die Regenfälle im zentralen Amazonasgebiet haben. In einer Fachstudie des Jahres 2020 eines Forscherteams aus deutschen, britischen und russischen Universitäten wurden diese Auswirkungen genauer erforscht. Der Schwerpunkt der Studie lag dabei auf dem Auftreten von Dürren im tropischen Amazonas. Es gelang, in Hindcasting-Rechnungen zuverlässige Dürrewarnungen bis zu 18 Monaten im voraus zu erstellen, wie Abbildung 8 aus der Studie zeigt.

Abbildung 8 zeigt im oberen Teil den Nieder­schlags­index SPI (in orange). Fällt der SPI-Wert unter die Schwelle von -1,5 (im Bild die gestrichelte rote Linie), liegt eine extreme Dürre vor. Die blaue Kurve zeigt die gemittelte Oberflächentemperatur des nördlichen tropischen Atlantiks und des südlichen tropischen Atlantiks gegen den standardisierten Nieder­schlags­index SPI. Fällt ihr Wert unter -0,06 (hier mit grünen Kreisen markiert), kann eine schwere Dürre erfolgreich vorausgesagt werden.

2. Beispiel: Die Niederschläge in den Ländern Afrikas werden in vielen Fällen maßgebend von den in Tabelle 2 angegebenen Ozeanzyklen und den Sonnenflecken geprägt. In einer Fachstudie dieses Jahres 2021 wurden die knapp 120 Jahre langen Regenreihen aller afrikanischen Länder auf die Einflüsse dieser Zyklen hin untersucht. Die Ergebnisse erlauben es, Regenereignisse in ganz Afrika zeitlich und örtlich nachzuverfolgen und teilweise Vorhersagen zu machen. Abbildung 9 zeigt die Monate September bis Dezember.

Man erkennt, wie sich der Einfluß unterschiedlicher Zyklen und damit die Regenintensität von September bis zum Dezember örtlich und zeitlich verlagern.

Ein weiteres, bereits spektakuläres Ergebnis dieser Studie ist das Cross-Wavelet von Sonne und Äthiopien-Regen in Abbildung 10.

Man erkennt in Abbildung 10 eine nie unterbrochene Korrelation zwischen äthiopischem Februarregen und Sonnenflecken über 120 Jahre. Das Sonnensignal geht 52 Monate den Regenereignissen voraus.

Zusammenfassung

1. Die Sonne und natürliche Klimazyklen können die jüngste globale Erwärmung besser erklären als das anthropogene CO₂.

2. Das IPCC ignoriert dies und ist allein schon deswegen eine politische und keine wissenschaftliche Organisation.