Der Versuch, die Richtung, Geschwindigkeit und Ausmaß des Klimawandels durch Messung und Mittelwertbildung der atmosphärischen Oberflächentemperaturen aufzuzeigen, ist meiner Meinung nach sinnlos. Die Aufzeichnungen, die wir über die atmosphärischen und ozeanischen Oberflächentemperaturen haben, sind zu kurz und viel zu ungenau, um uns nützliche Trends auf einer klimatischen Zeitskala (30 Jahre +) zu liefern. Außerdem handelt es sich bei diesen Aufzeichnungen um sporadische Messungen in einer chaotischen Oberflächenzone, die große Temperaturschwankungen aufweist. In Montana, USA, zum Beispiel, lag die Tiefst- und Höchsttemperatur in letzter Zeit bei -57°C bzw. 47°C. Diese enormen Schwankungen machen es äußerst schwierig, globale Durchschnittsunterschiede von 0,1 °C von Jahr zu Jahr zu messen. Dies ist jedoch die Genauigkeit, die erforderlich ist, um ein Klima richtig zu charakterisieren, das sich nur mit einer Rate von etwa 1,4°C pro Jahrhundert erwärmt, was 0,014°C pro Jahr und 0,14°C/Dekade entspricht.

Die Messungen sind besonders nützlich für die Vorhersage des Wetters, aber ungeeignet für die Messung von Änderungen von weniger als einem halben Grad über klimatische Zeitspannen. Wir müssen für diesen Zweck etwas Stabileres und weniger Chaotisches messen. Dieser und der nächste Beitrag zeigen, dass die Mischschicht im Ozean für diese Aufgabe gut geeignet zu sein scheint.

Meiner Meinung nach müssen wir, um die Richtung und Geschwindigkeit der globalen Erwärmung richtig in den Griff zu bekommen, die Temperaturveränderungen im Ozean betrachten. Besonders die Teile des Ozeans, die in ständigem Kontakt mit der Atmosphäre stehen. Bei sehr langfristigen Klimaveränderungen, d.h. über einen Zeitraum von tausend Jahren, ist der gesamte Ozean betroffen. Aber für Zeiträume von hundert Jahren oder weniger haben wir es hauptsächlich mit den oberen paar hundert Metern des Ozeans zu tun.

Das Temperaturprofil des oberen Ozeans ist sehr komplex. Dies wird durch die schlechte Qualität unserer Messungen der Oberflächentemperatur des Ozeans erschwert, insbesondere vor der Einführung von Argo-Bojen und anderen Bojenmessungen im Ozean wie den Triton-Bojen in den letzten 20 Jahren. Schiffe decken nur einen begrenzten Bereich des Ozeans ab und die Tiefe, Konsistenz und Qualität ihrer Temperaturmessungen sind unsicher. Satellitenmessungen des obersten Teils des Ozeans sind möglich, aber diese Messungen werden durch den so genannten Ozean-Skin-Effekt erschwert.

Die Ozean-Haut

An der Ozean-Luft-Grenzfläche ändern sich die Temperaturen schnell. Das Ausmaß der Änderung und die Dicke der betroffenen obersten Ozeanhaut wird durch die Bewölkung, ob es Tag oder Nacht ist, und die Windgeschwindigkeit bestimmt. Diese „Haut“ ist an ruhigen, wolkenlosen Tagen dicker und in der Nacht und an windigen, bewölkten Tagen dünner. Die Temperatur an der Ozean-Luft-Grenzfläche („SST“) ist das, was von Radiometern und Satelliten gemessen wird. Leider ist die Beziehung zwischen dieser Temperatur und der stabileren Temperatur der gemischten Schicht oder der „Basistemperatur“ unbekannt. Die Beziehung ändert sich schnell und ist kompliziert. Es wurden verschiedene Modelle vorgeschlagen (Horrocks, O’Carroll, Candy, Nightingale, & Harris, 2003), aber keines hat die erforderliche Zuverlässigkeit und Genauigkeit.

Erschwerend kommt hinzu, dass sich direkt an der Oberfläche eine Population von Cyanobakterien befindet, die daran arbeitet, die Temperatur zu verändern und den Salzgehalt des Oberflächenwassers zu senken (Wurl, et al., 2018). Das Problem der Meeresoberflächentemperatur lässt sich am besten mit dem Diagramm in Abbildung 1 veranschaulichen, das von der Group for High Resolution Sea Surface Temperature (GHRSST) stammt. Sie sind bestrebt, die Hautschicht des Ozeans zu verstehen, damit Satellitenmessungen der Meeresoberflächentemperatur angemessen mit gemessenen Ozeantemperaturen kombiniert werden können.

Der Temperaturunterschied zwischen der SST und dem stabilen Teil der Mischschicht kann täglich drei bis sechs Grad betragen (Wick & Castro, 2020). Wie Gary Wick und Sandra Castro erklären:

„Der Tageszyklus der Sonneneinstrahlung führt zu einer periodischen Erwärmung der oberflächennahen Schicht des Ozeans. Bei geringen Windgeschwindigkeiten wird die turbulente Durchmischung reduziert und es kann sich tagsüber eine warme Schicht und eine tageszeitliche Thermokline nahe der Meeresoberfläche bilden. In der Nacht wird diese Schicht durch die Durchmischung normalerweise abgetragen. Während die Amplitude der täglichen Erwärmung im Durchschnitt relativ klein ist [0,5 K], kann die Erwärmung an der Oberfläche, die von Satelliten erfasst wird, unter Bedingungen mit sehr niedrigen Windgeschwindigkeiten und ausreichender Sonneneinstrahlung sehr signifikant sein… In-situ-Beobachtungen haben eine Erwärmung von mehr als 5 K in Tiefen von 0,3-0,6 m gezeigt. Satellitenbeobachtungen von mehreren Sensoren haben extreme Erwärmungsereignisse von bis zu 7 K an der Oberfläche beobachtet, und es wurde vermutet, dass Ereignisse von mehr als 5 K nicht selten sind.“ (Wick & Castro, 2020)

Die Temperaturen im Zitat sind in Kelvin (K) angegeben und entsprechen Grad Celsius. Der Hauptpunkt ist, dass außergewöhnlich große Unterschiede in der SST des Ozeans bei ruhigen Bedingungen an klaren (wolkenlosen) Tagen auftreten. Abbildung 1 zeigt, dass die Temperaturerhöhungen das Wasser bis zu einer Tiefe von zehn Metern betreffen können. Aber Unterschiede von mehr als 0,5 °C sind fast immer auf den obersten Meter des Ozeans beschränkt. Wie wir im nächsten Beitrag über die gemischte Schicht sehen werden, werden diese bekannten Hautanomalien in Ozeantemperatur-Datensätzen ignoriert. Sie haben oft eine Messung, die als Nulltiefe gekennzeichnet ist, aber sie wird unter der Oberfläche gemessen, normalerweise in einer Tiefe von 20 cm oder mehr. Die Temperatur der Mischschicht wird oft als die Temperatur der Schicht definiert, die eine Temperatur innerhalb von 0,5°C der Oberflächentemperatur hat (Levitus, 1982). Dies ist nicht genau, gemeint ist die Temperatur des Ozeans direkt unter der Oberfläche, vielleicht 20 bis 100 cm. Außer an klaren, windstillen Tagen wird dies die „Grundtemperatur“ sein. In der Nacht und an bewölkten oder windigen Tagen wird die Temperatur immer die „Fundament“-Temperatur sein.

Die Mischschicht hat aufgrund der turbulenten Vermischung homogene Eigenschaften und die Verwendung einer Temperaturdifferenzgrenze von 0,5 °C ist eine bequeme Definition, die jedoch im Winter in der Nähe der Pole versagt, wo eine komplexere Definition erforderlich ist. Es wurden zahlreiche Methoden vorgeschlagen, zu viele, um sie hier aufzulisten, aber die komplexe Methode, die von James Holte und Lynne Talley (Holte & Talley, 2008) beschrieben wurde, wird derzeit bevorzugt. Ihre Technik wird heute weithin verwendet, um eine „Mischschichttiefe“ zu wählen, d. h. den Boden der Mischschicht. Sie ist notwendig, weil in den Polarregionen im Winter die tiefe Konvektion, angetrieben durch den Wärmeverlust an der Oberfläche, die Wassersäule bis zu 2000 Meter oder noch tiefer durchmischen kann. Wie wir im nächsten Beitrag sehen werden, wird in diesen Bereichen die Wärmeenergie von der Oberfläche in die Tiefsee übertragen.

Es gibt viele Ozeantemperatur-Datensätze, und wir werden die Daten von mehreren von ihnen im nächsten Beitrag diskutieren. Abbildung 2 ist eine Darstellung der globalen durchschnittlichen Dezember-Ozeantemperaturen von der Oberfläche bis zu 140 Metern aus den Datensätzen der Universität Hamburg. Diese Darstellung veranschaulicht die besprochenen Begriffe des Temperaturprofils mit echten globalen Daten.

Die von der Universität Hamburg ausgewiesenen Temperaturen sind Durchschnittstemperaturen über mehr als 12 Jahre und repräsentieren nicht ein bestimmtes Jahr. Die NOAA-MIMOC-Temperaturen, die wir im nächsten Beitrag betrachten werden, sind die gleichen. Abbildung 3 zeigt das durchschnittliche Jahr der Messungen und die Standardabweichung der Jahre.

Sowohl die Universität Hamburg als auch die NOAA räumen ein, dass die den Großteil ihrer Rohdaten ausmachenden Argo-Daten spärlich sind. Es gibt einen Schwimmer pro 3° Breiten- und Längengrad (~84.916 Quadratkilometer bei 40° Nord oder Süd, der alle zehn Tage ein vollständiges Profil an uns sendet. Die Universität und die NOAA haben beschlossen, dass sie, um den Mangel an Daten zu bekämpfen, monatliche Durchschnittswerte aller Daten, die sie finden konnten, zusammenstellen sollten. Wie wir im nächsten Beitrag sehen werden, treten die großen Veränderungen in der Mischschicht je nach Monat und Ort auf, so dass dies durchaus Sinn macht.

Oberhalb der Fundament- oder Mischschicht gibt es weitere Zonen, die in Abbildung 1 gekennzeichnet sind. Diese werden von GHRSST wie folgt definiert. Ich habe den GHRSST-Text der Übersichtlichkeit halber bearbeitet, der Originaltext kann hier eingesehen werden.

Die Grenzflächentemperatur (SSTint)

An der exakten Luft-Meer-Grenzfläche wird eine hypothetische Temperatur, die sogenannte Grenzflächentemperatur (SSTint), definiert, die allerdings keinen praktischen Nutzen hat, da sie mit heutiger Technik nicht gemessen werden kann.

Die Hauttemperatur der Meeresoberfläche (SSTskin)

Die Meeresoberflächentemperatur (SSTskin) ist definiert als die von einem Infrarot-Radiometer gemessene Temperatur, die typischerweise bei Wellenlängen von 3,7 bis 12 µm (aus Gründen der Konsistenz mit den meisten Infrarot-Satellitenmessungen gewählt) gemessen wird und die Temperatur innerhalb der leitfähigen, von Diffusion dominierten Unterschicht in einer Tiefe von ~10-20 Mikrometern darstellt. SSTskin-Messungen unterliegen einem großen potenziellen Tageszyklus, der Auswirkungen der kühlen Hautschicht (besonders nachts bei klarem Himmel und geringer Windgeschwindigkeit) und solche der warmen Schicht während des Tages beinhaltet.

Die Unteroberflächentemperatur der Meeresoberfläche (SSTsub-skin)

Die Subskin-Temperatur (SSTsubskin) stellt die Temperatur an der Basis der leitfähigen laminaren Unterschicht der Meeresoberfläche dar. Für praktische Zwecke kann die SSTsubskin gut an die Messung der Oberflächentemperatur durch ein Mikrowellenradiometer angenähert werden, das im Frequenzbereich von 6-11 GHz arbeitet, aber die Beziehung ist weder direkt noch invariant gegenüber wechselnden physikalischen Bedingungen oder der spezifischen Geometrie der Mikrowellenmessungen.

Die Oberflächentemperatur in der Tiefe (SSTz oder SSTdepth)

Alle Messungen der Wassertemperatur unterhalb der SSTsubskin werden als Tiefentemperaturen (SSTdepth) bezeichnet, die mit einer Vielzahl von Plattformen und Sensoren wie driftenden Bojen, vertikale Profile messende Bojen (wie Argo) oder tiefen Thermistorketten in Tiefen von 10 bis 750 m (wie Triton und Tao) gemessen werden. Diese Temperaturbeobachtungen unterscheiden sich von denen, die mit Fernerkundungstechniken (SSTskin und SSTsubskin) gewonnen werden und müssen durch eine Messtiefe in Metern qualifiziert werden.

Die Basistemperatur (SSTfnd)

Die Basis-SST, SSTfnd, ist die Temperatur, die frei vom Tagesgang der Temperatur ist. Das heißt, die Oberseite des stabilen Teils der Mischschicht. Nur die In-situ-Kontaktthermometrie kann die SSTfnd messen.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die SST und die Lufttemperaturen zu sehr vom Wetter und der tageszeitlichen Variabilität beeinflusst werden, um Klimaveränderungen zuverlässig und präzise zu messen. Die Gesamttemperaturen des Ozeans oder der Tiefsee geben uns einen Hinweis auf lange klimatische Veränderungen von tausend Jahren oder mehr, aber sie sagen uns wenig über Veränderungen im Hundert-Jahre-Zeitraum.

Die ozeanische Mischschicht ist eine Zone, die zwischen einem Millimeter und etwa zehn Metern unterhalb der Meeresoberfläche beginnt. Oberhalb dieser Tiefe werden die Temperaturen Minute für Minute von der Atmosphäre und dem Sonnenlicht beeinflusst. Nachts bewegt sich die Oberseite der Mischschicht näher an die Oberfläche, kann aber durch Windgeschwindigkeit, Niederschlag und Bewölkung beeinflusst werden. Unterhalb des oberen Teils der Mischschicht ist die Temperatur stabiler als in der Atmosphäre und an der Meeresoberfläche. Die Temperatur, der Salzgehalt und die Dichte der Schicht sind aufgrund von Turbulenzen von oben nach unten nahezu konstant. Sie spiegelt die Oberflächentemperaturen wider, ist aber eine Funktion des Durchschnitts der vorangegangenen mehreren Wochen. Die Dicke der gemischten Schicht variiert saisonal von einigen zehn Metern bis zu mehreren hundert Metern. Wir werden die gemischte Schicht im nächsten Beitrag ausführlicher behandeln.

None of this is in my new book Politics and Climate Change: A History but buy it anyway.

You can download the bibliography here.

Link: https://andymaypetrophysicist.com/2020/12/09/sea-surface-skin-temperature/

Übersetzt von Chris Frey EIKE

Anmerkung: Der wiederholt angesprochene nächste Beitrag erscheint demnächst ebenfalls hier in deutscher Übersetzung.

Die allgemeine Definition des Begriffs „Klima“ beschreibt eine insgesamte Änderung der Temperatur oder des Niederschlags über einen Zeitraum länger als 30 Jahre. 100 Jahre wären viel besser. In diesem Zeitmaßstab erlangen Wassertemperaturen immer größere Signifikanz.

Die Ozeane bedecken 71% der Erde und enthalten 99,93% der Wärmeenergie („Wärme“) an der Oberfläche. Hier definieren wir die Erdoberfläche als alles zwischen dem Meeresboden und dem oberen Ende der Atmosphäre, ~22 km. Diese Berechnung und die notwendigen Referenzen sind in dieser Tabellenkalkulation detailliert aufgeführt. Zur Veranschaulichung der gewaltigen Auswirkungen der Ozeane sollten wir berücksichtigen, dass die Ozeane der Erde mehr Wärmeenergie enthalten als auf der Oberfläche und in der Atmosphäre der Venus, wo die Temperatur 464°C beträgt. Tatsächlich enthalten die Ozeane der Erde viermal mehr thermische Energie als die Venusatmosphäre, und dennoch haben die Ozeane eine Durchschnittstemperatur von weniger als 5°C. Eine Tabelle mit dieser Berechnung und den notwendigen Referenzen kann hier heruntergeladen werden.

Wir haben immer noch keine genauen Informationen über den gesamten Ozean, aber wir haben viel mehr als im Jahr 2016. CSIRO zeigt hier einen schönen Datensatz von 2009 mit Temperaturdaten bis 5.500 Meter (Ridgeway, Dunn, & Wilken, 2002). Die Universität Hamburg hat hier mehrjährige Daten bis 6500 Meter, aber ich konnte ihre NetCDF-Dateien mit R nicht lesen. Ich habe beide R-NetCDF-Pakete (ncdf4 und RNetCDF) ausprobiert, und keines von beiden konnte ihre Dateien öffnen. Wenn jemand weiß, wie man diese Dateien lesen kann, lassen Sie es mich wissen. In der Zwischenzeit konnten die CSIRO NetCDF-Dateien problemlos geöffnet werden, und wir können mit ihren Daten arbeiten, auch wenn sie nur ein Jahr umfassen. Abbildung 1 ist die durchschnittliche globale CSIRO-Ozeantemperatur von der Oberfläche bis 5.500 Meter.

Die Temperatur fällt auf ein Minimum von 1°C in ~4.250 Metern und beginnt dann zu steigen. Die Verteilung der Temperatur in 4.500 Metern Höhe ist in Abbildung 2 dargestellt.

Bei diesen Temperaturen sind Anzeichen der thermohalinen Zirkulation zu erkennen. Es ist noch unklar, wie oft das Ozeanwasser vollständig umgewälzt wird. Unter Umwälzen verstehen wir die Zeit, die das Oberflächenwasser benötigt, um vollständig mit dem Tiefenwasser einen Kreislauf zu bilden und dann wieder an die Oberfläche zurückzukehren. Dieser Prozess dauert wahrscheinlich mindestens 1.000 Jahre. Es ist der wichtigste langfristige Wärmeaustauschprozess an der Erdoberfläche. Wenn die Erde also mehr Wärmeenergie von der Sonne oder CO₂ – oder was auch immer die Erwärmung verursacht – erhält, dauert es tausend Jahre oder länger, bis sie durch die Ozeane zirkuliert. Abbildung 3 zeigt eine Karte, die die Wege zeigt, die das Wasser durch die Tiefsee nimmt.

Wie wir in Abbildung 3 sehen können, sinkt Oberflächenwasser im Nordatlantik und im Südlichen Ozean in die Tiefe. Dann beginnt es, um die Welt zu reisen, durch alle Ozeane. Es steigt vor allem im Indischen Ozean, im Südlichen Ozean und im Pazifik wieder auf. Da sich das Tiefenwasser aus dem Atlantik heraus bewegt, aber hauptsächlich in den anderen Ozeanen aufsteigt, hat der Atlantik einen etwas niedrigeren Meeresspiegel als die anderen Ozeane. Siehe auch (Reid, 1961). Aufsteigendes Tiefenwasser ist weiter verbreitet als absinkendes Oberflächenwasser. Diese NASA-Website enthält eine gute Diskussion und Animation der thermohalinen Zirkulation.

Abbildung 2 zeigt einige gemischte Temperaturen im südlichen Atlantik, neben Südamerika und dem südlichen Afrika, was darauf hindeutet, dass dort ein gewisser Auftrieb stattfinden könnte. Der meiste Auftrieb scheint jedoch im Pazifik, im südlichen und im Indischen Ozean zu erfolgen.

Diskussion und Fehlerabschätzung

Leider reichen gute Daten zur Meerestemperatur nur bis ins Jahr 2004 zurück. Die uns vorliegenden Daten deuten darauf hin, dass sich die Ozeane mit einer Rate von 0,4°C pro Jahrhundert [in deutscher Übersetzung beim EIKE hier] erwärmen. Die Zykluszeit der Ozeane beträgt jedoch über 1.000 Jahre, und die Aufzechnung reicht nur etwa 15 Jahre zurück, so dass dies sehr spekulativ ist. Wenn sich die Ozeane jedoch wirklich nur um 0,4°C pro Jahrhundert erwärmen, scheint es sehr unwahrscheinlich, dass die Spekulationen über eine rasche und gefährliche Erwärmung der Atmosphäre Anlass zur Sorge geben.

Das Raster von Jamstec (Hosoda, Ohira, & Nakamura, 2008), das wir für den flacheren (< 2.000 m) Teil unserer Analyse verwendet haben, liefert uns eine Fehlerabschätzung. Es handelt sich um eine Schätzung des räumlichen Fehlers, der auch als Gitterfehler bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten, haben wir genug Daten, um die Karte genau zu erstellen? Abbildung 4 ist eine Karte dieses Fehlers nach Jahr und Tiefe.

Wie wir in Abbildung 4 sehen können, war der Fehler im Jahr 2001 recht hoch, bis eine Tiefe von etwa 1400 Metern erreicht wurde. Bis 2004 waren Tiefen unter 1.000 Meter in Ordnung. Wie Abbildung 1 zeigt, sind Tiefen unter 1.000 Meter sehr variabel, und es werden hohe Fehler erwartet. Diese flacheren Gewässer interagieren mit dem Oberflächenwetter, insbesondere in der so genannten „gemischten Schicht“. Die gemischte Schicht ist eine seichte Zone, in der Turbulenzen eine nahezu konstante Temperatur von der Ober- bis zur Unterseite der Schicht verursacht haben. Die Dicke der gemischten Schicht variiert je nach Jahreszeit und Gebiet, liegt aber im Durchschnitt bei etwa 60 Metern. Die Temperatur der gemischten Schicht spiegelt auf komplexe Weise die Oberflächentemperatur der letzten Wochen wider.

Unserer Ansicht nach ist der Versuch, das Ausmaß und die Geschwindigkeit der atmosphärischen Erwärmung nur aus Messungen der Meeresoberflächen- und der atmosphärischen Temperatur abzuleiten, töricht und zum Scheitern verurteilt. Der wahre „Kontrollknopf“ der langfristigen Temperaturveränderung sind die Ozeane. Sie regulieren die Oberflächentemperaturen durch ihre enorme Wärmekapazität. Allein die gemischte Schicht hat über 22 Mal die Wärmekapazität der gesamten Atmosphäre bis in eine Höhe von 22 km. Die Regulierung der atmosphärischen Temperaturen durch die Ozeane gibt uns auch viel Zeit, um festzustellen, ob die globale Erwärmung wirklich eine Bedrohung darstellt. Derzeit liegen uns nur etwa fünfzehn Jahre Daten über die Meerestemperaturen vor, aber in weiteren fünfzehn Jahren werden wir Daten über einen „klimatischen“ Zeitraum haben. Wenn der Erwärmungstrend der Ozeane im Jahr 2035 immer noch weniger als ein Grad pro Jahrhundert beträgt, haben wir sehr wenig Grund zur Sorge.

Ich habe R für die Berechnungen in den Abbildungen verwendet, aber Excel, um die Grafiken zu erstellen. Wenn Sie die Details meiner Berechnungen überprüfen möchten, können Sie meinen CSIRO R-Quellcode hier herunterladen.

Link: https://wattsupwiththat.com/2020/11/28/ocean-temperature-update/

Übersetzt von Chris Frey EIKE

EINFÜHRUNG

Die Ozeane decken etwa 70% der Erdoberfläche ab, doch Klimamodelle sind in den vergangenen drei Jahrzehnten weit davon entfernt, die Oberflächentemperaturen dieser Ozeane auf globalen, hemisphärischen und individuellen Ozeanbeckenbasen zu simulieren. In den vergangenen jährlichen Modelldatenvergleichen haben wir das multimodale Mittel aller im CMIP5-Archiv gespeicherten Klimamodelle verwendet, für diesen Beitrag jedoch nur den Mittelwert der Outputs der drei CMIP5-archivierten Klima-Modell-Simulationen des Goddard Institute of Space Studies (GISS) [NASA] mit dem Ozeanmodell „Russell“. In den vergangenen Modelldatenvergleichen nutzen wir den ursprünglichen satellitengestützten Reynolds OI.v2 Seeoberflächen-Temperatur-Datensatz. In diesen Fall verwenden wir jedoch die „Extended Reconstructed Sea Surface Temperature Version 4“ [Erweiterte Rekonstruierte Seeoberflächen Temperatur] (ERSST.v4) von NOAA [National Oceanic and Atmospheric Administration  – Wetter- und Ozeanografiebehörde der Vereinigten Staaten]

Warum sind die Modellierungen und Daten unterschiedlich?

Sowohl NASA GISS als auch die NOAA NCEI verwenden NOAA’s ERSST.v4 „Pause Buster“ [~Beseitigung der Erwärmungspause…] -Daten für die Ozean-Oberflächentemperaturkomponenten ihrer kombinierten Land-Ozean-Oberflächentemperatur-Datensätze und heute halten beide Agenturen eine multiaktive Pressekonferenz, um ihre „in 2016 jemals Wärmsten überhaupt“ globalen Oberflächentemperaturentdeckungen. (Pressekonferenz startet um 11 Uhr Eastern – in deutschen Medien wurde davon berichtet) Und wir nutzen die GISS-Klimamodell-Outputs, weil GISS Teil dieser Pressekonferenz ist und ich vermute, dass GISS nicht aufzeigen wird, wie sehr daneben ihre Klimamodelle diese kritische globale Erwärmung simulieren.

Einführende Information

Der Meeresoberflächentemperatur-Datensatz, der in diesem Beitrag verwendet wird, ist das erweiterte Rekonstruierte Sea Surface Temperature-Datenblatt der NOAA, Version 4 (ERSST.v4), a.k.a. ihre „Pause-Buster“ -Daten. Wie oben erwähnt, bilden die ERSST.v4 Daten den Ozeananteil der NOAA und GISS globalen Land + Ozean Oberflächentemperatur. Die in diesem Beitrag präsentierten Daten stammen vom KNMI Climate Explorer, [Holländischer Think Tank] wo sie bei den „Monatsbeobachtungen“ unter der Überschrift „SST“ zu finden sind.

Die präsentierten GISS Klimamodelle sind diejenigen, die im Coupled Model Intercomparison Project, Phase 5 (CMIP5) Archiv gespeichert sind. Sie sind eine der jüngsten Generationen von Klimamodellen von GISS und wurden vom IPCC für ihren 5. Evaluierungsbericht (AR5) verwendet. Die GISS-Klimamodelle von Meeresoberflächentemperaturen sind über den KNMI Climate Explorer verfügbar und zwar über ihre monatliche CMIP5-Szenario-Webseite unter der Überschrift Ocean, ice und upper air variables. Die Meeresoberflächentemperatur wird als „TOS“ (Temperatur-Ocean-Surface ; – Meeresoberfläche) bezeichnet. Ich präsentiere den GISS-E2-R p1, GISS-E2-R p2 und GISS-E2-R p3, wobei das „R“ für Russell Ozean steht. (Ich präsentiere die GISS Modelle mit HYCOM Ozean Modell in einem bevorstehenden Post.) Die Historic / RCP8.5 Szenarien werden verwendet. Das RCP8.5-Szenario ist das Worst-Case-Szenario, das der IPCC für seinen 5. Evaluierungsbericht verwendet. Und wieder verwenden wir das Modellmittel, weil es die erzwungene Komponente der Klimamodelle darstellt; Das heißt, wenn die von den Klimamodellen verwendeten Forcierungen die Oberflächen der Ozeane zum Erwärmen veranlassten, stellt das Modell am besten dar, wie sich die Ozeanoberflächen durch diese Forcings erwärmen würden. Eine weitere Diskussion finden Sie im Beitrag über die Verwendung des Multi-Modells, das ein Zitat von Dr. Gavin Schmidt von GISS zu dem Modellmittel enthält.

Die Modell-Daten-Vergleiche sind absolut, keine Anomalien, so dass jährliche Daten präsentiert werden. Und die Modelle und Daten reichen zurück in der Zeit für die letzten 30 Jahre, 1987 bis 2016.

Die linearen Trends in den Grafiken sind berechnet mit EXCEL.

WARUM ABSOLUTE MEERES OBERFLÄCHENTEMPERATUREN ANSTATT VON ANOMALIEN?

Die Klima-Wissenschaftsgemeinde neigt dazu, ihre Modell-Daten-Vergleiche mit Temperatur-Anomalien [Abweichungen] und nicht in absoluten Temperaturen zu präsentieren. Warum?

Wie Dr. Gavin Schmidt von GISS erklärt: „… keine bestimmte absolute globale Temperatur stellt ein Risiko für die Gesellschaft dar, es ist die Veränderung der Temperatur im Vergleich zu dem, was wir bisher gewöhnt waren“. (Siehe: den interessanten Post bei RealClimate über modellierte absolute globale Oberflächentemperaturen.)

Aber wie Sie entdecken werden, sind die GISS Klimamodellsimulationen der Meeresoberflächentemperaturen zu warm. Betrachten wir nun, dass die Ozeanoberflächen die primären Quellen von atmosphärischem Wasserdampf sind, dem am meisten verbreiteten natürlichen Treibhausgas. Wenn die Modelle die Beziehung zwischen Meeresoberflächentemperaturen und atmosphärischem Wasserdampf richtig simulieren, haben die Modelle zu viel Wasserdampf (natürliches Treibhausgas) in ihren Atmosphären. Das kann helfen, zu erklären, warum die GISS-Modelle zu viel Erwärmung in den letzten 3 Jahrzehnten simulieren.

WARUM DIE VERGANGENEN DREI DEKADEN?

Die klassische Definition des Klimas durch die Weltmeteorologische Organisation (WMO) ist das gemittelte Wetter über einen Zeitraum von 30 Jahren. Auf der Homepage der WMO: Häufig gefragt:

Was ist das Klima?

Das Klima, das manchmal als das „durchschnittliche Wetter“ verstanden wird, ist definiert als die Messung des Mittelwerts und der Variabilität der relevanten Größen bestimmter Variablen (wie Temperatur, Niederschlag oder Wind) über einen Zeitraum von Monaten bis zu Tausenden oder Millionen Jahre. Die klassische Periode ist 30 Jahre, wie von der WMO definiert. Das Klima im weiteren Sinne (is the state)] [m.e. gemeint: die jeweilige Klimazone, der Übersetzer], einschließlich einer statistischen Beschreibung des Klimasystems.

Durch die Präsentation von Modellen und Daten für die letzten 3 Jahrzehnte, kann niemand behaupten, ich habe den Zeitrahmen „cherry-picked“. Wir vergleichen Modelle und Daten über die jüngste klimarelevante Periode.

HINWEIS ZU DEN ABSOLUTEN WERTEN DER NOAA ERSST.v4 DATEN

Die Revisionen der NOAA-Langzeit-Oberflächentemperatur-Datensätze wurden in Karl et al. (2015) Ausarbeitung veröffentlich: Mögliche Artefakte von Daten-Bias in der jüngsten globalen Oberfläche Erwärmungspause. Dort stellten Tom Karl und andere fest:

Erstens haben mehrere Studien die Unterschiede zwischen boje- und schiffbasierten Daten untersucht, wobei festgestellt wurde, dass die Schiffsdaten systematisch wärmer sind als die Bojendaten (15-17). Dies ist besonders wichtig, da ein Großteil der Meeresoberfläche nun von beiden Beobachtungssystemen erfasst wird und oberflächentreibende und verankerte Bojen die globale Abdeckung um bis zu 15% (Ergänzungsdaten) erhöht haben. Diese Änderungen führten zu einem zeitabhängigen Bias im globalen SST-Datensatz und verschiedene Korrekturen wurden entwickelt, um die Vorausrichtung (18) zu berücksichtigen. Vor kurzem wurde eine neue Korrektur (13) entwickelt und im ERSST Datensatz Version 4, den wir in unserer Analyse verwendet haben, angewendet. Im Wesentlichen beinhaltet die Bias-Korrektur die Berechnung der durchschnittlichen Differenz zwischen den kollokierten Bojen und Schiff SSTs [~nebeneinanderliegenden Datensätze]. Die durchschnittliche Differenz war -0,12 ° C, eine Korrektur, die auf die Bojen-SSTs in jeder Rasterzelle in ERSST Version 4 angewendet wird.

Für Modell-Daten-Vergleiche, bei denen Anomalien präsentiert werden, ist die Verlagerung [~Anpassung] der genaueren boje basierten Daten um 0,12°C auf die schiffsbasierten Daten gleichgültig. Diese Vereinfachung war eine Frage der Bequemlichkeit für NOAA, da es für mehr Jahre Schiffsdaten als bojen basierte Daten gibt. Allerdings, wenn Modelle und Daten auf einer absoluten Basis verglichen werden, verschieben die genaueren bojen basierten Daten die Schiff-basierten Daten um 0,12 °C und machen daher einen Unterschied beim Vergleich. Da die Modell-simulierten Oberflächentemperaturen weltweit zu warm sind, hilft diese Verknüpfung, die Daten besser an die Modelle anzupassen. Und das klingt typisch für die Klimawissenschaft bei der NOAA.

Mit anderen Worten, die Unterschiede zwischen Modellen und Daten sind wahrscheinlich größer als in allen Beispielen in diesem Beitrag gezeigt, wobei die modellierten Meeresoberflächentemperaturen wärmer als beobachtet sind … und umgekehrt, wenn die Modelle zu cool sind.

Genug der Einführung …

GLOBALE ZEITREIHE

Abbildung 1 zeigt zwei Modelldatenvergleiche für globale Meeresoberflächentemperaturen, nicht Anomalien, für die letzten 30 Jahre. Ich habe einen Vergleich für die globalen Ozeane (90S-90N) in der oberen Grafik und einen Vergleich für die globalen Ozeane, mit Ausnahme der polaren Ozeane (60S-60N), in der unteren Grafik. Ein Ausschluss der polaren Ozeane scheint keinen signifikanten Unterschied zu machen. Es ist offensichtlich, dass globale Meeresoberflächen, die durch das GISS-Klimamodell simuliert wurden, wärmer waren als beobachtet und dass die GISS-Modell-Erwärmungsrate in den letzten 3 Jahrzehnten zu hoch war. Der Unterschied zwischen modellierten und beobachteten Erwärmungsraten liegt bei etwa 0,07 bis 0,08 °C / Jahrzehnt, mehr als 60% höher als die beobachtete Geschwindigkeit. Und in beiden Fällen ist die von den GISS-Modellen simulierte 30-jährige durchschnittliche Meeresoberflächentemperatur um etwa 0,6 °C zu hoch.

Abbildung 1 – Globale Ozeane

ZEITREIHE – TROPISCHE UND EXTRATROPISCHE MEERESOBERFLÄCHEN TEMPERATUREN

Im Juni 2013 präsentierte Roy Spencer Modell-Daten Vergleiche der Erwärmung der tropischen Mittel-Troposphäre, vorbereitet von John Christy. Siehe Roy’s Beiträge EPIC FAIL: 73 Klimamodelle vs. Beobachtungen für tropische troposphärische Temperaturen und STILL Epic Fail: 73 Klimamodelle vs Messungen, 5-Jahres-Mittel. Die Modelle haben die Erwärmungsraten der Mittel-Troposphäre in den Tropen stark überschätzt. Ich dachte, es wäre sinnvoll, da die tropischen Ozeane (24S-24N) 76% der Tropen und etwa 46% der Weltmeere abdecken, um zu bestätigen, dass die Modelle auch die Erwärmung der Meeresoberflächentemperaturen der tropischen Ozeane stark überschätzen .

Es sollte nicht überraschen, dass die Modelle in den vergangenen 30 Jahren die Erwärmung der Meeresoberflächentemperaturen der tropischen Ozeane überschätzten. Siehe Abbildung 2. Tatsächlich überschätzen die Modelle die Erwärmung mit einer großen Bandbreite. Die Daten zeigen die Meeresoberflächentemperaturen der tropischen Ozeane an, die mit einer nicht sehr alarmierenden Rate von 0,11° C / Jahrzehnt erwärmt wurden, während die Modelle zeigen, dass, wenn die Oberflächen der tropischen Ozeane durch menschliche Treibhausgase erwärmt würden, sollten sich auf fast das zweifache dieser Rate mit 0,22 °C / Jahrzehnt erwärmen. Für 46% der Oberfläche der globalen Ozeane (ca. 33% der Oberfläche des Planeten) verdoppelten die Modelle die beobachtete Erwärmungsrate.

Abbildung 2 – Tropische Ozeane

Und natürlich sind für die tropischen Ozeane die Modell-simulierten Meeresoberflächentemperaturen um etwa 0,9 ° C zu warm.

Für die außertropischen Ozeane der südlichen Hemisphäre (90S-24S), Abbildung 3, ist die beobachtete Erwärmungsrate ebenfalls extrem niedrig bei 0,06 °C / Jahrzehnt. Andererseits deuten die Klimamodelle darauf hin, dass die Ozeane sich mit einer Rate von 0,14 °C / Jahrzehnt erwärmt hätten, wenn menschliche Treibhausgase für die Erwärmung der Meeresoberflächentemperaturen in dieser Region verantwortlich wären, was die beobachtete Tendenz mehr als verdoppeln würde. Die außertropischen Ozeane der südlichen Hemisphäre decken etwa 33% der Oberfläche der globalen Ozeane (ca. 23% der Oberfläche des Planeten) und die Modelle verdoppeln die Geschwindigkeit der Erwärmung.

Abbildung 3 – Extratropische südliche Hemisphäre

Die Modelle sind in den außertropischen Ozeanen der südlichen Hemisphäre zu warm, um etwa 0,6 ° C.

Und die Klimamodelle scheinen die Erwärmungsrate der Meeresoberflächentemperaturen genau für den kleinsten Teil der globalen Ozeane, der extratropischen Nordhalbkugel (24N-90N) zu treffen. Siehe Abbildung 4. Die außertropischen Ozeane der Nordhalbkugel bedecken nur etwa 21% der Oberfläche der globalen Ozeane (ca. 15% der Erdoberfläche).

Abbildung 4 – Extratropische Nordhemisphäre

Seltsamerweise sind die modell-simulierten Oberflächentemperaturen in den außertropischen Ozeanen der nördlichen Hemisphäre zu kühl. Das wird bei den Simulationen von Meereis nicht helfen.

ZEITREIHE – OZEAN BECKEN

Die Abbildungen 5 bis 11 zeigen Vergleiche von modellierten und beobachteten Meeresoberflächentemperaturen für die einzelnen Ozeanbecken … ohne Kommentar. Ich würde die Vergleiche der arktischen und südlichen Ozeane (Figuren 10 und 11) mit etwas Skepsis betrachten … weil die Modelle und Daten das Meereis unterschiedlich rechnen.

Abbildung 5 – Nord Atlantik

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Abbildung 6 – Süd Atlantik

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Abbildung 7 – Nord Pazifik

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Abbildung 8 – Süd Pazifik

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Abbildung 9 – Indischer Ozean

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Abbildung 10 – Arktis

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Abbildung 11 – Südlicher Ozean

Schlusssatz

Es wäre schön zu wissen, welchen Planeten die Klimamodelle von GISS simulieren. Es ist sicher nicht die Erde.

Wir leben auf einem mit Ozean bedeckten Planeten, doch irgendwie scheinen das Wann, das Wo und die Ausdehnung der Erwärmung der Oberflächen unserer Ozeane, den Klimamodellierern bei GISS entgangen zu sein. In diesem Beitrag haben wir für die vergangenen drei Jahrzehnte Meeroberflächentemperaturen und keine Anomalien vorgestellt und dies hat auch auf andere Klimamodellversagen hingewiesen, die darauf hindeuten, dass Simulationen der grundlegenden Ozeanzirkulationsprozesse in den Modellen fehlerhaft sind.

Je nach Ozeanbecken gibt es große Unterschiede zwischen den modellierten und beobachteten Oberflächentemperaturen. Die tatsächlichen Meeresoberflächen-temperaturen bestimmen zusammen mit zahlreichen anderen Faktoren, wieviel Feuchtigkeit von den Ozeanoberflächen verdampft wird und wie viel Feuchtigkeit in der Atmosphäre vorhanden ist … was die vorhandene Feuchtigkeit (1) für die Niederschlagsbelastung (2) beeinflusst ), für den wasserdampfbedingten Treibhauseffekt und (3) für die negativen Rückkopplungen aus der Wolkendecke. Mit anderen Worten, die fehlerhafte Simulation der Meeresoberflächentemperaturen beeinflusst die atmosphärische Komponente der tödlich fehlerhaften gekoppelten Ozeanatmosphärenmodelle von GISS.

Erschienen auf WUWT am 18.01.2017

Übersetzt durch Andreas Demmig

https://wattsupwiththat.com/2017/01/18/because-of-the-giss-and-noaa-press-conference-about-2016-global-surface-temperatures/