Das Zeitalter der Industrie
Der 5. UN-Klimareport
Arbeitsgruppe 1: Wissenschaftliche Grundlagen
Im Jahr 2013 hat der Klimarat der Vereinten Nationen (IPCC) begonnen, seinen fünften Klimareport zu veröffentlichen. Der Klimareport fasst regelmäßig den Stand der weltweiten Klimaforschung zusammen. Arbeitsgruppe 1 hat den aktuellen Kenntnisstand über Klimaänderungen, die hierfür verantwortlichen Antriebskräfte, unser Verständnis des Klimasystems und unser Wissen über künftige Klimaänderungen zusammengefasst. Die wesentlichen Ergebnisse sind im Folgenden dargestellt.
Für Eilige: Eine Kurzfassung der wesentlichen Ergebnisse findet sich in den grünen Boxen; und am Ende gibt es eine Zusammenstellung der Erkenntnisfortschritte gegenüber dem 4. UN-Klimareport.
Beobachtete Klimaänderungen
Eine erdumfassende Messung von Klimadaten wie der Temperatur begann Mitte des 19. Jahrhunderts; seit etwa 1950 sind umfassendere Datensätze verfügbar. Paläoklimatische Untersuchungen erlauben es, das Klima vergangener Zeiträume über Hunderte bis Millionen Jahre hinweg zu erforschen und so langfristige Klimaänderungen zu verstehen.
An einer Erwärmung des Klimas gibt es keinen Zweifel: Die Atmosphäre und der Ozean haben sich erwärmt, Schnee und Eis sind geschmolzen, der Meeresspiegel ist gestiegen und die Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphäre ist angestiegen. Veränderungen, wie sie seit den 1950er Jahren beobachtet werden, sind seit Jahrzehnten bis Jahrtausenden nicht aufgetreten.
Erdatmosphäre
Beobachtete Veränderung der
durchschnittlichen Lufttemperatur an der Erdoberfläche von
1850
bis 2012 von drei Datensätzen. Die Kurve zeigt Jahresmittelwerte;
die Abweichung bezieht sich auf
den Mittelwert von 1961-1990. Quelle der Abbildung: IPCC:
Climate Change 2013: The Physical Science
Basis. Summary for Policymakers, Abb. SPM 1(a),
eigene Übersetzung.
Die durchschnittliche Lufttemperatur an der Erdoberfläche ist von 1880 bis 2012 um 0,85 Grad Celsius gestiegen (siehe Abb. oben). Die letzten drei Jahrzehnte waren jeweils wärmer als alle vorherigen Jahrzehnte seit Beginn der flächendeckenden Temperaturmessungen im Jahr 1850; auf der Nordhalbkugel der Erde waren die letzten dreißig Jahre die wärmste 30-Jahr-Periode der letzten 1400 Jahre (wahrscheinlich). Aufgrund der erheblichen natürlichen Schwankung der jährlichen Temperatur können kurzfristige Betrachtungen, die mit einem warmen Jahr beginnen, von der langjährigen Klimaentwicklung abweichen: So hat sich die Erde in den 15 Jahren seit 1998 (einem Jahr mit einem starken El Niño) "nur" um 0,05 Grad Celsius erwärmt (im Durchschnitt seit 1951 aber um 0,12 Grad Celsius). Während der mittelalterlichen Warmzeit (950 – 1200) war es in einigen Regionen ähnlich warm wie Ende des 20. Jahrhunderts; die Temperaturerhöhung war aber nicht so gleichmäßig über die Erde verteilt wie die aktuelle (hohes Vertrauen).
Extreme Wetterereignisse sind seit 1950 häufiger und länger andauernd geworden. Die Anzahl kalter Tage und Nächste hat abgenommen, die Anzahl warmer Tage und Nächte zugenommen (sehr wahrscheinlich). Hitzewellen sind in Europa, Asien und Australien häufiger geworden (wahrscheinlich), die Häufigkeit oder Intensität von Starkregen ist in Europa und Nordamerika angestiegen (wahrscheinlich).
Ozean
Die Weltmeere erwärmen sich langsamer als die Erdatmosphäre, nehmen aber insgesamt eine wesentlich größere Wärmemenge auf; sie stellen damit einen noch besseren Indikator für den Klimawandel dar – über 90 Prozent der von 1971 bis 2010 aufgenommenen Energie wurde im Ozean gespeichert (hohes Vertrauen), über 60 Prozent in den oberen 700 Metern. Es ist praktisch sicher, dass die oberen 700 Meter sich seit 1971 erwärmt haben.
Veränderung des Wärmegehalts in
den oberen 700 Metern der Weltmeere seit
1951
im Verhältnis zum Bezugsjahr 1971. Die grüne Schattierung gibt die
Unsicherheiten an.
Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical
Science Basis.
Summary for Policymakers, Abb. SPM 3(c), eigene
Übersetzung.
Die oberen 75 Meter der Weltmeere sind seit 1971 um 0,11 Grad Celsius pro Jahrzehnt wärmer geworden; wahrscheinlich ist auch eine Erwärmung der Wasserschicht zwischen 700 und 2000 Metern im Zeitraum von 1957 bis 2009. Unklar ist, ob die Erwärmung der oberen 700 Meter sich von 2003 bis 2012 beschleunigt oder verlangsamt hat.
Es ist sehr wahrscheinlich, dass salzreiche Regionen in den Weltmeeren, in denen Verdunstung vorherrscht, seit den 1950er Jahren salziger geworden sind, und dass in weniger salzreiche Regionen, in denen Niederschläge die Verdunstung überwiegen, der Salzgehalt weiter abgenommen hat. Dies ist ein indirekter Hinweis darauf, dass sich das Verdunstungs- und Niederschlagsmuster über den Weltmeeren verändert hat (mittleres Vertrauen). Beobachtungen, die auf eine Veränderung des "globalen Förderbandes" hindeuten, gibt es nicht.
Schnee und Eis
In den beiden letzten Jahrzehnten haben sowohl das grönländische als auch das antarktische Eisschild an Masse verloren; die Ausdehnung des arktischen Meereises ist weiter zurückgegangen.
Im Zeitraum von 1993 bis 2009 nahm die Eismasse der sehr wahrscheinlich Gletscher um 275 Milliarden Tonnen pro Jahr ab; die Eismasse des grönländischen Eisschildes im Zeitraum von 2002 bis 2011 sehr wahrscheinlich um 215 Milliarden Tonnen pro Jahr (in den 10 Jahren zuvor betrug er nur 34 Milliarden Tonnen pro Jahr!) und die des antarktischen Eisschildes im gleichen Zeitraum wahrscheinlich um 147 Milliarden Tonnen pro Jahr. Die Ausdehnung des arktischen Meereises während des arktischen Sommers ging im Zeitraum von 1979 bis 2012 sehr wahrscheinlich jedes Jahrzehnt um 9,4 – 13,6 Prozent, das sind 730.000 bis 1.070.000 Quadratkilometer, zurück.
Ausdehnung des arktischen
Meereises im Sommer. Quelle
der Abbildung:
IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary
for Policymakers,
Abb. SPM 3(b), eigene Übersetzung.
Das antarktische Meereis ging von 1979 bis 2012 sehr wahrscheinlich um 130.000 bis 200.000 Quadratkilometer pro Jahrzehnt zurück; die Ausdehnung der Schneedecke auf der nördlichen Halbkugel ging von 1967 bis 2012 im Frühjahr um 1,6 Prozent pro Jahrzehnt, im Frühsommer um 11,7 Prozent pro Jahrzehnt zurück (sehr hohes Vertrauen). Die Temperaturen in Regionen mit Permafrost sind seit Mitte des 20. Jahrhunderts gestiegen – bis zu 3 Grad Celsius in Nordalaska und bis zu 2 Grad Celsius im russischen Norden. Ausdehnung und Dicke des Permafrosts haben beträchtlich abgenommen (mittleres Vertrauen).
Meeresspiegel
Seit 1901 ist der Meeresspiegel um 19 Zentimeter angestiegen (sehr wahrscheinlich). Dieser Anstieg ist schneller als jede Veränderung des Meeresspiegels in den letzten 2.000 Jahren (hohes Vertrauen).
Der Anstieg hat sich beschleunigt; zwischen 1993 und 2010 betrug er 3,2 Millimeter pro Jahr (sehr wahrscheinlich). Der Anstieg des Meeresspiegels geht im wesentlichen auf die Ausdehnung des wärmer werdenden Meerwassers und das schmelzende Eis aus Gletschern und Eisschilden zurück, die einen Anstieg von 2,4 Millimetern im Jahr verursachen.
Anstieg des Meeresspiegels seit
1901. Quelle der Abbildung:
IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary
for Policymakers,
Abb. SPM 3(d), eigene Übersetzung.
Während der letzten Zwischeneiszeit vor 129.000 bis 116.000 Jahren lag der Meeresspiegel um mindestens 5 Meter höher als heute (sehr hohes Vertrauen). Das Klima war damals aufgrund einer verstärkten Sonneneinstrahlung um mindestens 2 Grad Celsius wärmer als heute (hohes Vertrauen).
Kohlenstoff- und andere biogeochemische Kreisläufe
Die Konzentration der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid in der Atmosphäre liegen heute höher als in den letzten 800.000 Jahren. Die Konzentration an Kohlendioxid ist seit vorindustriellen Zeiten um 40 Prozent angestiegen, vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Etwa 30 Prozent des freigesetzten Kohlendioxids wurden von den Weltmeeren aufgenommen, die hierdurch saurer wurden.
Von 1750 bis 2011 hat die Menschheit durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Zementproduktion 375 Milliarden Tonnen Kohlenstoff aus Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt (Kohlenstoffkreislauf), weitere 180 Milliarden Tonnen stammen aus der Abholzung von Wäldern und anderen Änderungen der Landnutzung, so dass in der Summe 555 Milliarden Tonnen Kohlenstoff freigesetzt wurden. Von diesen blieben 240 Milliarden Tonnen in der Atmosphäre, 155 Milliarden Tonnen wurden von den Weltmeeren und 160 Milliarden Tonnen von den Ökosystemen auf dem Festland aufgenommen. Die 240 Milliarden Tonnen, die in der Atmosphäre verblieben, erhöhten hier die Konzentration an Kohlendioxid bis 2011 auf 391 ppm. Die 155 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, die von den Weltmeeren aufgenommen wurden, senkten den pH-Wert an der Meeresoberfläche um 0,1 (sehr wahrscheinlich). Im Jahr 2011 wurden 9,5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff freigesetzt, 54 Prozent mehr als im Jahr 1990.
Die Zunahme der
Kohlendioxid-Konzentration in der Erdatmosphäre.
Dargestellt ist die Entwicklung an zwei Messstationen seit 1958:
Mauna Loa
auf Hawaii (rot) und am Südpol (schwarz). Quelle der
Abbildung:
IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary
for Policymakers,
Abb. SPM 4(a), eigene
Übersetzung.
Auch die Konzentration der Treibhausgase Methan und Distickstoffoxid (Lachgas) in der Atmosphäre nahmen durch menschliche Aktivitäten zu. Bei Methan liegen sie um 150 Prozent, beim Lachgas um 20 Prozent über der vorindustriellen Konzentration.
Treiber der Klimaänderungen
Klimaänderungen wurden durch natürliche und vom Menschen verursachte Treiber ausgelöst, die den Strahlungshaushalt der Erde verändern. Beziffert werden die Änderungen mit dem sogenannten Strahlungsantrieb, der in Watt pro Quadratmeter für den Zeitraum 1750 bis 2011 angegeben wird. Ein positiver Strahlungsantrieb führt zu einer Erwärmung der Erde, ein negativer Strahlungsantrieb zu einer Abkühlung.
Die Veränderung des Strahlungsantriebs ist in der Summe positiv, und führte zu einer Erwärmung der Erde. Den größten Beitrag hierzu leistete der Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration in der Erdatmosphäre seit 1750.
Die folgende Abbildung zeigt den durchschnittlichen Strahlungsantrieb für den Zeitraum von 1750 bis 2011:
Schätzung des Strahlungsantriebs verschiedener Treiber des Klimawandels für den Zeitraum 1750 bis 2011. Die schwarzen Rauten geben die besten Schätzung an, die Linien stellen die Unsicherheiten dar. Rechts stehen die Zahlenangaben (Unsicherheiten in Klammern) in Watt/m², ganz rechts ist das Ausmaß des wissenschaftlichen Verständnisses (AWV) dargestellt. SH steht für sehr hoch, H für hoch, M für mittel und N für niedrig. Ganz unten die Abschätzung der Summe der vom Menschen verursachten Klimaveränderungen für drei Jahre dargestellt. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, Abb. SPM 5, eigene Übersetzung.
Der untere Teil der Abbildung zeigt, dass der Strahlungsantrieb von 1980 bis 2011 um über ein Watt/m² zugenommen hat, schneller als zuvor. Insgesamt beträgt die Zunahme seit 1750 2,29 Watt/m². Die Veränderung der Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre seit Beginn der Industriellen Revolution hat alleine einen Strahlungsantrieb von 1,68 Watt/m² verursacht; die der Treibhausgase insgesamt von 2,83 Watt/m². Aerosole (in der Luft gelöste oder schwebende Flüssigkeiten und Schwebstoffe) in der Atmosphäre haben die Auswirkungen des Klimawandels wahrscheinlich gemindert, insbesondere wenn man ihren Einfluss auf die Wolkenbildung berücksichtigt (Strahlungsantrieb -1,9 bis -0,1 Watt/m²; diese Prozesse sind aber noch nicht gut verstanden, das Ausmaß des wissenschaftlichen Verständnisses ist niedrig, wie auch die große Spannweite des Strahlungsantriebs zeigt). Kurzlebige Gase wie Kohlenmonoxid und Stickoxide verändern ebenfalls den Strahlungsantrieb der Erde, ihr Einfluss kann die Erwärmung sowohl fördern als auch abmildern.
Änderungen in der Sonneneinstrahlung haben nur einen Strahlungsantrieb von 0,05 Watt/m² ausgelöst, ihr Beitrag zum Klimawandel ist gering. Vulkanausbrüche hatten einen größeren Einfluss, sie haben von 2008 bis 2011 mit einem Strahlungsantrieb von -0,11 Watt/m² den Klimawandel etwas gebremst.
Unser Verständnis des Klimasystems
Unser Wissen über das Klimasystem stammt aus der Verknüpfung von Beobachtungen, der Untersuchung von Rückkoppelungen und Simulationen mit Klimamodellen. Die Qualität von Klimamodellen wird getestet, indem die Ursachen beobachteter Klimaänderungen mit ihrer Hilfe untersucht werden. Inzwischen sind die Modelle in der Lage, die Klimaänderungen seit 1950 mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zu erklären.
Der Einfluss des Menschen auf das Klimasystem ist eindeutig. Er zeigt sich in der erhöhten Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre, dem positiven Strahlungsantrieb, der beobachteten Erderwärmung und unserem Verständnis des Klimasystems.
Bewertung der Klimamodelle
Die Klimamodelle sind in den vergangenen Jahren besser geworden und in der Lage, den globalen Klimawandel über viele Jahrzehnte gut zu reproduzieren.
Simulationen mit Hilfe von Klimamodellen ergeben eine Erderwärmung seit 1951, die mit den beobachteten Klimaänderungen gut übereinstimmt (sehr hohes Vertrauen). Kurzfristige Änderungen – Zeiträume von 10 bis 15 Jahre – werden jedoch weniger gut abgebildet. So liegt der langsamere Anstieg der Erdtemperatur seit 1998 an Änderungen des Strahlungsantriebs (durch Schwankungen in der Sonnenstrahlung und häufigere Vulkanausbrüche) und an einer erhöhter Wärmeaufnahme durch die Weltmeere (mittleres Vertrauen); diese Entwicklung wird von den Klimamodellen aber noch nicht gut reproduziert. Auch sind regionale Simulationen sind zwar seit dem 4. UN-Klimabericht besser geworden, aber noch immer weniger zuverlässig als globale Simulationen.
Sensitivität des Klimasystems
Als Sensitivität des Klimasystems wird die langfristige Temperaturänderung bezeichnet, die von einer bestimmten Änderung des Strahlungsantriebs ausgeht. Eine Änderung des Strahlungsantriebs, die einer Verdoppelung der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre entspricht, wird langfristig zu einer Temperaturänderung von 1,5 bis 4,5 Grad Celsius führen (hohes Vertrauen). Dass die Temperaturspanne so groß ist, liegt an unserem begrenzten Wissen über komplexe Rückkoppelungen; insbesondere ist die Rolle der Wolken unsicher, die je nach Höhe und Ausbildung den Klimawandel mal fördern, mal bremsen können.
Der kurz- bis mittelfristige Anstieg liegt niedriger, da das Klimasystem langsam auf eine erhöhte Energiezufuhr reagiert. Die praktisch sofort feststellbare "Übergangs-Klimareaktion" auf eine Verdoppelung der Kohlendioxid-Konzentration liegt wahrscheinlich bei 1 bis 2,5 Grad Celsius oder bei 0,8 bis 2,5 Grad Celsius pro 1.000 Milliarden Tonnen kumulierte Kohlenstoffemissionen.
Auslöser des Klimawandels
Es ist äußerst wahrscheinlich (Wahrscheinlichkeit 95-100 Prozent), dass menschliche Aktivitäten die wesentliche Ursache des Klimawandels seit Mitte des 20. Jahrhunderts sind (siehe auch die Abbildung unten).
Vergleich beobachteter und
simulierter Klimaveränderungen: Klimamodelle, die nur
natürliche Faktoren
berücksichtigen, können die beobachteten Klimaveränderungen nicht
erklären. Erst die Berücksichtigung
der vom Menschen verursachten Faktoren erklärt den Klimawandel. Quelle
der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical
Science Basis. Summary for Policymakers, Abb.
SPM 6, eigene Übersetzung.
Der Beitrag natürlicher Veränderungen des Strahlungsantriebs als auch der natürlicher Temperaturschwankungen zum Klimawandel von 1951 bis 2010 liegt wahrscheinlich bei jeweils -0,1 bis 0,1 Grad Celsius; der Beitrag der Freisetzung von Treibhausgasen bei wahrscheinlich bei 0,5 bis 1,3 Grad Celsius und der von Aerosolen wahrscheinlich bei -0,6 bis 0,1 Grad Celsius. Das erklärt den beobachteten Klimawandel in diesem Zeitraum, der 0,6 bis 0,7 Grad Celsius beträgt.
Der Mensch ist hauptverantwortlich für die Erwärmung fast aller Regionen der Erde (lediglich bei der Antarktis ist der menschliche Beitrag weniger klar), einschließlich der oberen 700 Meter der Weltmeere. Wahrscheinlich hat der menschliche Einfluss auch den globalen Wasserkreislauf verändert, die Gletscher und das grönländische Eisschild abschmelzen lassen; sehr wahrscheinlich hat er die Häufung von Wetterextremen erhöht, das arktische Meereis abschmelzen lassen sowie den Anstieg des Meeresspiegels verursacht.
Künftige Klimaänderungen
Veränderungen des Klimasystems durch künftige Veränderungen des Strahlungsantriebs wurden mit Hilfe verschiedenster, unterschiedlich komplexer Klimamodelle untersucht. Diese Untersuchungen beruhen auf einer Reihe von Szenarien (RCPs, von engl. representative concentration pathways, "repräsentative Konzentrationspfade") untersucht. Diese sind nach der Änderung des Strahlungsantriebs im Jahr 2100 bezeichnet, der mit ihnen einher geht: RCP 2.6 führt zu einem Strahlungsantrieb von + 2,6 W/m², RCP 4.5 zu einer Änderung von + 4,5 W/m², RCP 6.0 zu einer Änderung von + 6,0 W/m² und RCP 8.5 zu einer Änderung von 8,5 Watt/m². Das entspricht etwa einer Kohlendioxid-Konzentration in der Erdatmosphäre im Jahr 2100 von 421 ppm (RCP 2.6), 538 ppm (RCP 4.5), 670 ppm (RCP 6.0) und 936 ppm (RCP 8.5), bzw. bei Berücksichtigung anderer Treibhausgase eine Konzentration in Kohlendioxid-Äquivalent von 475 ppm (RCP 2.6), 630 ppm (RCP 4.5), 800 ppm (RCP 6.0) und 1313 ppm (PCP 8.5).
Die fortgesetzte Freisetzung von Treibhausgasen wird zu einer weiteren Erderwärmung und anderen Veränderungen des Klimasystems führen. Eine Begrenzung des Klimawandels erfordert eine deutliche und dauerhafte Verringerung der Emissionen von Treibhausgasen.
Die künftige Erderwärmung hängt wesentlich von der Menge der zukünftig noch freigesetzten Treibhausgase ab, wie die folgende Abbildung zeigt:
Die vom Menschen verursachte
Temperaturerhöhung der Erde hängt von der Summe der vom
Menschen
verursachten Treibhausgas-Emissionen ab. Die Abbildung zeigt
ausgewählte Emissionsszenarien bis zum Jahr 2100 sowie zum Vergleich
die Entwicklung, wenn die Kohlendioxid-Konzentration um ein Prozent
pro Jahr zunimmt (schwarz-grau dargestellte untere Entwicklung). Quelle
der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical
Science Basis. Summary for Policymakers, Abb. SPM 10, eigene
Übersetzung.
Wenn wir das Ziel, die Erderwärmung gegenüber dem Zeitraum 1861 – 1880 auf höchstens zwei Grad Celsius zu begrenzen, mit einer Wahrscheinlichkeit von 66 Prozent erreichen wollen, dürften – wenn auch andere Treibhausgase berücksichtig werden – gegenüber 1870 insgesamt nicht mehr als 790 Mrd. Tonnen Kohlendioxid emittiert werden. Seit 1870 sind aber bereits 515 Milliarden Tonnen emittiert worden, damit bleiben als "erlaubter Rest" höchstens noch 175 Milliarden Tonnen. Ein niedrigeres Erwärmungsziel, ein stärker Anstieg der Emissionen anderer Treibhausgase, eine Verminderung der Emissionen von Aerosolen oder das Ausströmen von Treibhausgasen aus tauenden Permafrostböden würden diesen "erlaubten Rest" weiter verringern. Erstmals wurde im 5. Klimareport mit dem RCP 2.6 ein entsprechendes Szenario untersucht, das schnelle und ernsthafte Maßnahmen zum Klimaschutz voraussetzt.
Erdatmosphäre
Unabhängig vom Szenario wird die Temperatur bis zum Ende des Jahrhunderts weiter ansteigen; nur beim "Klimaschutz-Szenario" (RCP 2.6) bleibt der Temperaturanstieg wahrscheinlich unter 2 Grad Celsius. Die Erwärmung kann kurzfristig schwanken und regional unterschiedlich ausfallen.
Bis zum Zeitraum 2016 – 2035 wird die Erdatmosphäre in jedem Fall wahrscheinlich um weitere 0,3 bis 0,7 Grad Celsius wärmer. Bis zum Ende des Jahrhunderts (Zeitraum 2081 bis 2100) hängt die Erderwärmung vom gewählten Szenario ab (siehe Abb. unten): Im besten Fall bleibt sie wahrscheinlich bei 0,3 bis 1,7 Grad Celsius (so beim "Klimaschutz-Szenario" RCP 2.6), sie könnte aber auch 2,6 bis 4,8 Grad Celsius betragen (bei zukünftig hohen Treibhausgas-Emissionen, Szenario RCP 8.5). Die Arktis wird sich sehr wahrscheinlich stärker erwärmen. Der Temperaturanstieg wird danach weitergehen, da ein Anteil von 15 bis 40 Prozent des bereits in der Luft befindlichen Kohlendioxids dort länger als 1.000 Jahre verbleibt.
Wahrscheinliche zukünftige Entwicklung der Temperatur der Erdoberfläche für verschiedene Emissionsszenarien. Die mittlere Abbildung zeigt die Ergebnisse verschiedener Modellrechnungen für zwei Emissionsszenarien bis zum Jahr 2100, die Balken rechts den Durchschnittswert 2081-2100 für vier Emissionsszenarien. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, Abb. SPM 7(a), eigene Übersetzung.
Wetterextreme werden praktisch sicher zunehmen, sehr wahrscheinlich sind häufigere und länger dauernde Hitzewellen. Kalte Winter wird es gelegentlich auch in Zukunft geben.
Die Änderung des globalen Wasserkreislaufs wird dazu führen, dass feuchte Regionen noch feuchter werden, trockene Regionen noch trockener. Von dieser Regel kann es aber lokale Ausnahmen geben.
Extreme Regenfälle werden sehr wahrscheinlich sowohl häufiger als auch heftiger werden, vor allem in den mittleren Breiten und in den Tropen. Monsunregen werden wahrscheinlich intensiver werden, länger andauern und eine größere Fläche berühren.
Die Auswirkungen von Strömungsänderungen im Pazifik (El Niño) werden (hohes Vertrauen) weiterhin der wesentliche Faktor für Temperaturschwankungen im Pazifikraum bleiben und weltweite Auswirkungen haben. Da Ausdehnung und Ausprägung dieser Änderungen sehr unterschiedlich sein können, lassen sich die Auswirkungen schwer vorhersagen.
Wahrscheinlich werden Rückkoppelungen dazu führen, dass in Gebieten mit hoher Umweltverschmutzung durch steigende Methanemissionen die Konzentration von bodennahem Ozon und durch steigende Temperaturen die Konzentration von Feinstaub in der Atemluft zunehmen werden.
Ozean
Die Weltmeere werden sich im 21. Jahrhundert weiter erwärmen. Wärme wird von der Oberfläche in die Tiefen gelangen und Meeresströmungen verändern.
Besonders betroffen von der Erwärmung der Weltmeere werden die tropischen und subtropischen Gewässer der Nordhalbkugel sein. Hier nimmt die Temperatur der oberen 100 Meter je nach Szenario zwischen 0,6 Grad Celsius (RCP 2.6) und 2,0 Grad Celsius (RCP 8.5) zu. Sehr wahrscheinlich wird die atlantische Meeresströmung (der "Golfstrom") durch die Erwärmung abgeschwächt. Wahrscheinlich ist dies bereits bis 2050 spürbar, die allgemeine Tendenz kann aber kurzfristig von natürlichen Schwankungen überlagert werden. Ein Zusammenbrechen oder eine abrupte Verlagerung dieser Meeresströmung gilt im 21. Jahrhundert als sehr unwahrscheinlich, danach kann sie aber nicht ausgeschlossen werden.
Schnee und Eis
Sehr wahrscheinlich wird das arktische Meereis und die Schneebedeckung der Nordhalbkugel im Frühjahr weiter zurückgehen; auch die Gletscher werden weiter abschmelzen.
Je nach Szenario beträgt der projizierte Rückgang des arktischen Meereises im Sommer (September) zwischen 43 (RCP 2.6) und 94 Prozent (RCP 8.5, mittleres Vertrauen). Bereits vor 2050 könnte der arktische Ozean bei fortgesetzt sehr hohen Treibhausgas-Emissionen (RCP 8.5) im Sommer eisfrei sein (wahrscheinlich).
Das Volumen der Gletscher auf der Erde könnte bis zum Ende des Jahrhunderts je nach Emissionen zwischen 15 und 55 (RCP 2.6) und 25 und 85 Prozent (RCP 8.5, mittleres Vertrauen) zurückgehen; die Ausdehnung der Schneedecke auf der Nordhalbkugel im Frühjahr um 7 (RCP 2.6) bis 25 Prozent (RCP 8.5, mittleres Vertrauen). Die Ausdehnung der Permafrost-Böden könnte zwischen 37 Prozent (RCP 2.6) und 81 Prozent (RCP 8.5, mittleres Vertrauen) zurückgehen.
Meeresspiegel
Der Meeresspiegel wird sehr wahrscheinlich – und unabhängig vom Emissionsszenario – während des 21. Jahrhunderts schneller ansteigen als in den letzten 50 Jahren, da die Erwärmung der Weltmeere und der Massenverlust von Eisschilden und Gletschern zunimmt.
Das Ausmaß des Anstiegs hängt aber vom Emissionsszenario ab: Die Spannweite des wahrscheinlichen Anstiegs bis zum Zeitraum 2081 bis 2100 reicht von 26 bis 55 Zentimeter für Szenario RCP 2.6 und von 45 bis 82 Zentimeter für Szenario RCP 8.5 (bei dem der wahrscheinliche Anstieg im Jahr 2100 zwischen 52 und 98 Zentimeter beträgt).
Wahrscheinlicher zukünftiger Anstieg des Meeresspiegels für verschiedene Emissionsszenarien. Die mittlere Abbildung zeigt die Ergebnisse verschiedener Modellrechnungen für zwei Emissionsszenarien bis zum Jahr 2100, die Balken rechts den Durchschnittswert 2081-2100 für vier Emissionsszenarien. Quelle der Abbildung: IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, Abb. SPM 9, eigene Übersetzung.
Den größten Beitrag zum Anstieg des Meeresspiegels leisten die Ausdehnung des wärmer werdenden Wassers (30 bis 55 Prozent) und die abtauenden Gletscher (15 – 35 Prozent); dazu werden die abtauenden Eisschilde auf Grönland und der Antarktis zu einem Anstieg von 3 bis 20 Zentimetern beitragen (mittleres Vertrauen). Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass der Anstieg auch deutlich stärker ausfällt, falls Teile des antarktischen Eisschildes kollabieren. Die Wahrscheinlichkeit hierfür kann aber zur Zeit noch nicht abgeschätzt werden.
Der Anstieg des Meeresspiegels wird schon aufgrund der Ausdehnung des erwärmten Wassers auch nach 2100 praktisch sicher noch für viele Jahrhunderte weitergehen. Bei Treibhausgasemissionen wie im Szenario RCP 8.5 könnte er bis zum Jahr 2300 mehr als drei Meter betragen (mittleres Vertrauen). Darüber hinaus könnte das Abschmelzen der Eisschilde auf Grönland und in der Antarktis zu einem noch deutlich höheren Anstieg führen. Deren Wahrscheinlichkeit kann mit heutigem Wissen noch nicht abgeschätzt werden – aber das Abschmelzen des Eisschildes auf Grönland könnte nach (noch unsicheren) neueren Erkenntnissen durch eine Temperaturerhöhung zwischen 1 und 4 Grad Celsius ausgelöst werden und würde langfristig zu einem Anstieg des Meeresspiegels um sieben Meter führen.
Kohlenstoff- und andere biogeochemische Kreisläufe
Der Klimawandel wird den globalen Kohlenstoffkreislauf in einer Weise verändern, der zu einem weiteren Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration in der Erdatmosphäre führt. Die weitere Aufnahme von Kohlendioxid in den Weltmeeres wird zu weiterer Versauerung führen.
Je nach Emissionsszenario werden von 2012 bis 2100 sehr unterschiedliche Mengen an Kohlendioxid freigesetzt – von 270 Milliarden Tonnen Kohlenstoff (Szenario RCP 2.6) bis 1.682 Milliarden Tonnen (Szenario RCP 8.5). Die Ozeane werden sehr wahrscheinlich weiter einen großen Anteil des freigesetzten Kohlendioxids aufnehmen. Unklarer ist das zukünftige Verhalten der Land-Ökosysteme: Die meisten Modelle gehen davon aus, dass diese auch zukünftig (wenn auch weniger) Kohlendioxid aufnehmen, nach manchen Modellen kommt es infolge des Klimawandels und von Änderungen der Landnutzung sogar zu einer Freisetzung von Kohlendioxid. So könnte das Tauen der Permafrostböden große Mengen der dort gespeicherten Treibhausgase Kohlendioxid und Methan freisetzten. Insgesamt ist es sehr wahrscheinlich, dass ein größerer Anteil des freigesetzten Kohlendioxids in der Atmosphäre verbleibt.
Die Gesamtmenge an Kohlendioxid-Emissionen im Zeitraum 2012 bis 2100, die mit den angenommenen Kohlendioxid-Konzentrationen in der Erdatmosphäre der untersuchten Szenarien vereinbar wäre, beträgt zwischen 140 – 410 Milliarden Tonnen Kohlenstoff (Gt C) (RCP 2.6), 595 – 1005 Gt C (RCP 4.5), 840 – 1250 Gt C (RCP 6.0) und 1415 bis 1910 Gt C (RCP 8.5). Beim Szenario RCP 2.6 sind sie im Jahr 2050 (um 14 bis 96 Prozent) geringer als heute.
Die weitere Aufnahme von Kohlendioxid in die Weltmeere führt zu einer weiteren Versauerung des Ozeans: Je nach Emissionsszenario sinkt der pH-Wert von 0,06 – 0,07 (RCP 2.6) bis 0,30 – 0,32 (RCP 8.5).
Geo-Engineering
Zur Bekämpfung der Erderwärmung wurden zahlreiche Maßnahmen des Geo-Engineering vorgeschlagen, etwa eine Verringerung der Sonneneinstrahlung oder die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Mit heutigem Wissen kann der potenzielle Beitrag solcher Methoden zur Bekämpfung der Erderwärmung nicht abgeschätzt werden; sicher ist aber, dass sie Nebenwirkungen haben. Eine Verringerung der Sonneneinstrahlung etwa würde den Wasserkreislauf der Erde verändern und die Versauerung der Weltmeere nicht verhindern. Würden die Maßnahmen aus irgendeinem Grund eingestellt, würden sehr wahrscheinlich alle möglichen Effekte schnell wieder wirkungslos.
