Temperaturaufzeichnungen der letzten 2000 Jahre

Die Temperaturaufzeichnungen der letzten 2000 Jahre wurden mithilfe von Klimaproxydaten in Verbindung mit den modernen instrumentellen Temperaturaufzeichnungen rekonstruiert , die global jedoch nur die letzten 170 Jahre abdecken. Großflächige Rekonstruktionen, die Teile oder das gesamte 1. und 2. Jahrtausend umfassen , haben gezeigt, dass die jüngsten Temperaturen außergewöhnlich sind: Der Vierte Sachstandsbericht des Weltklimarats (IPCC) von 2007 kam zu dem Schluss, dass „die durchschnittlichen Temperaturen der Nordhalbkugel in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts sehr wahrscheinlich höher waren als in jedem anderen 50-Jahres-Zeitraum der letzten 500 Jahre und wahrscheinlich die höchsten der letzten 1300 Jahre“. Die in den Diagrammen dieser Rekonstruktionen dargestellte Kurve ist aufgrund des starken Temperaturanstiegs im letzten Jahrhundert allgemein als Hockeyschlägerkurve bekannt. Bis 2010 wurde dieses allgemeine Muster durch mehr als zwei Dutzend Rekonstruktionen bestätigt , die verschiedene statistische Methoden und Kombinationen von Proxydaten verwendeten, wobei die Krümmung des Bereichs vor dem 20. Jahrhundert unterschiedlich ausfiel. Die geringe Dichte an Proxy-Aufzeichnungen führt zu erheblicher Unsicherheit hinsichtlich früherer Zeiträume. ^{[ 2 ]}

Einzelne Proxy-Datensätze, wie etwa Baumringbreiten und -dichten in der Dendroklimatologie , werden anhand der instrumentellen Daten für den Überlappungszeitraum kalibriert. Netzwerke solcher Datensätze dienen der Rekonstruktion vergangener Temperaturen für verschiedene Regionen: Baumring-Proxys wurden zur Rekonstruktion außertropischer Temperaturen der Nordhalbkugel verwendet (in den Tropen bilden Bäume keine Ringe), sind jedoch auf Landgebiete beschränkt und in der größtenteils von Ozeanen bedeckten Südhalbkugel selten. Eine umfassendere Abdeckung bieten Multiproxy-Rekonstruktionen, die Proxys wie Seesedimente, Eiskerne und Korallen aus verschiedenen Regionen einbeziehen und statistische Methoden nutzen, um diese weniger dichten Proxys mit den zahlreichen Baumringdatensätzen in Beziehung zu setzen. Die „Composite Plus Scaling“-Methode (CPS) wird häufig für großflächige Multiproxy-Rekonstruktionen hemisphärischer oder globaler Durchschnittstemperaturen eingesetzt. Ergänzt wird dies durch Climate Field Reconstruction (CFR)-Methoden, die zeigen, wie sich Klimamuster über große räumliche Gebiete entwickelt haben. Dadurch ist die Rekonstruktion nützlich für die Untersuchung natürlicher Variabilität und langfristiger Schwankungen sowie für Vergleiche mit Mustern, die von Klimamodellen erzeugt werden.

In den 1900 Jahren vor dem 20. Jahrhundert dauerte die nächste wärmste Periode wahrscheinlich von 950 bis 1100 n. Chr., mit unterschiedlichen Temperaturspitzen in verschiedenen Regionen. Diese Periode wird als Mittelalterliche Warmzeit bezeichnet . Einige Hinweise deuten auf weit verbreitete kühlere Bedingungen während einer Periode um das 17. Jahrhundert hin, die als Kleine Eiszeit bekannt ist . In der sogenannten „Hockey-Stick-Kontroverse“ behaupten Klimawandelleugner , die Mittelalterliche Warmzeit sei wärmer gewesen als die heutige Zeit, und stellen die Daten und Methoden der Klimarekonstruktionen infrage.

Laut dem Sechsten Sachstandsbericht des IPCC haben die Menschen in den letzten 170 Jahren den höchsten globalen Temperaturanstieg der letzten 2000 Jahre verursacht. Die gegenwärtige Jahrhundertperiode ist die wärmste der letzten 100.000 Jahre. ^{[ 3 ]} Die Temperatur lag in den Jahren 2011–2020 um 1,09 °C höher als in den Jahren 1859–1890. Die Temperatur an Land stieg um 1,59 °C, über den Ozeanen um 0,88 °C. ^{[ 3 ]} Im Jahr 2020 lag die Temperatur 1,2 °C über dem vorindustriellen Niveau. ^{[ 4 ]} Im September 2023 lag die Temperatur 1,75 °C über dem vorindustriellen Niveau, und für das gesamte Jahr 2023 wird ein Anstieg um 1,4 °C erwartet. ^{[ 5 ]}

Der mit Abstand beste Beobachtungszeitraum erstreckt sich von 1850 bis heute, wobei sich die Abdeckung im Laufe der Zeit verbessert hat. In diesem Zeitraum deckt die jüngste instrumentelle Messreihe , die hauptsächlich auf direkten Thermometermessungen basiert , nahezu die gesamte Welt ab. Sie zeigt eine allgemeine Erwärmung der globalen Temperaturen.

Vor diesem Zeitpunkt müssen verschiedene Ersatzmethoden verwendet werden. Diese Ersatzmethoden sind weniger genau als direkte Thermometermessungen, haben eine geringere zeitliche Auflösung und eine kleinere räumliche Abdeckung. Ihr einziger Vorteil besteht darin, dass sie die Rekonstruktion eines längeren Zeitraums ermöglichen. Da die direkten Temperaturdaten genauer sind als die Ersatzmethoden (sie müssen sogar kalibriert werden), werden sie, sofern verfügbar, verwendet: d. h. ab 1850.

Da vor 1850 nur wenige instrumentelle Aufzeichnungen vorliegen, müssen die Temperaturen vor diesem Zeitpunkt anhand von Proxy- Methoden rekonstruiert werden. Eine dieser Methoden, basierend auf den Prinzipien der Dendroklimatologie , nutzt die Breite und andere Merkmale von Baumringen, um auf die Temperatur zu schließen. Auch die Isotopenzusammensetzung von Schnee, Korallen und Stalaktiten kann zur Temperaturbestimmung herangezogen werden. Weitere angewandte Techniken umfassen die Untersuchung von Aufzeichnungen über Erntezeiten, die Baumgrenze an verschiedenen Standorten und andere historische Quellen, um Rückschlüsse auf die Temperatur zu ziehen. Diese Proxy-Rekonstruktionen liefern indirekte Temperaturinformationen und sind daher tendenziell mit größeren Unsicherheiten behaftet als instrumentelle Daten.

Die meisten Proxy-Datensätze müssen anhand lokaler Temperaturaufzeichnungen aus ihrem Überlappungszeitraum kalibriert werden, um den Zusammenhang zwischen Temperatur und Proxy zu ermitteln. Die längere Historie des Proxys wird dann genutzt, um die Temperatur aus früheren Perioden zu rekonstruieren.

Um globale oder hemisphärische Datenreihen zu erhalten, müssen Proxy-Daten gemittelt werden. Die Methode „Composite Plus Scaling“ (CPS) wird häufig für großflächige Multiproxy-Rekonstruktionen hemisphärischer oder globaler Durchschnittstemperaturen eingesetzt. Ergänzt wird sie durch Methoden der Klimafeldrekonstruktion (CFR), die die Entwicklung von Klimamustern über große Gebiete hinweg aufzeigen.

Bei der Mittelwertbildung ist große Sorgfalt geboten. Beispielsweise würde eine einfache Mittelung aller Daten einer Region mit vielen Baumringdaten diese Region stark übergewichten. Um eine solche Übergewichtung zu vermeiden, werden statistische Verfahren eingesetzt. In den CFR-Rekonstruktionen von Mann, Bradley & Hughes (1998 und 1999) wurde eine Hauptkomponentenanalyse verwendet, um einige dieser regionalen Datensätze vor der globalen Zusammenführung zu kombinieren. Ein wichtiger Unterschied besteht zwischen sogenannten „Multi-Proxy“-Rekonstruktionen, die eine globale Temperaturrekonstruktion mithilfe mehrerer global verteilter Proxy-Datensätze anstreben, und eher regionalen Rekonstruktionen. Üblicherweise werden die verschiedenen Proxy-Datensätze arithmetisch, also gewichtet, gemittelt. Osborn und Briffa verwendeten kürzlich eine einfachere Methode, indem sie den Anteil positiver, negativer oder neutraler Datensätze in einem beliebigen Zeitraum ermittelten. ^{[ 6 ]} Dies führt zu einem Ergebnis, das im Allgemeinen mit den herkömmlichen Multi-Proxy-Studien übereinstimmt.

Der Vierte Sachstandsbericht des IPCC aus dem Jahr 2007 zitierte 14 Rekonstruktionen, von denen 10 einen Zeitraum von 1000 Jahren oder länger umfassten, um seine Schlussfolgerung zu untermauern, dass „die durchschnittlichen Temperaturen der Nordhalbkugel in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts sehr wahrscheinlich höher waren als in jedem anderen 50-Jahres-Zeitraum der letzten 500 Jahre und wahrscheinlich die höchsten der letzten 1300 Jahre“. ^{[ 7 ]}

Es ist auch möglich, historische Daten wie Weinlesezeiten, eisfreie Perioden in Häfen und Tagebucheinträge zu Frost oder Hitzewellen zu nutzen, um Hinweise auf warme oder kalte Zeiten in bestimmten Regionen zu gewinnen. Diese Aufzeichnungen sind schwieriger zu kalibrieren, oft nur lückenhaft über die Zeit verfügbar, stammen möglicherweise nur aus entwickelten Regionen und weisen wahrscheinlich keine guten Fehlerschätzungen auf. Diese historischen Beobachtungen desselben Zeitraums zeigen sowohl Perioden der Erwärmung als auch der Abkühlung.

Die scheinbaren Unterschiede zwischen den quantitativen und qualitativen Ansätzen sind noch nicht vollständig geklärt. Die oben genannten Rekonstruktionen basieren auf verschiedenen Annahmen. Treffen diese Annahmen nicht zu, sind die Rekonstruktionen unzuverlässig. Für quantitative Rekonstruktionen ist die grundlegendste Annahme, dass Proxy-Daten mit der Temperatur variieren und dass andere Faktoren die Ergebnisse nicht verfälschen. In den historischen Daten können Temperaturschwankungen eher regional als hemisphärisch sein.

In einem Brief an Nature Bradley wiesen Hughes & Mann (2006) auf den ursprünglichen Titel ihres Artikels von 1998 hin: Temperaturen der Nordhalbkugel im vergangenen Jahrtausend: Schlussfolgerungen, Unsicherheiten und Grenzen ^{[ 8 ]} und machten darauf aufmerksam, dass umfassendere hochauflösende Daten benötigt würden, bevor man zu sichereren Schlussfolgerungen gelangen könne, und dass die Unsicherheiten der Kernpunkt des Artikels seien.

In den 1960er Jahren leitete Hubert Lamb aus historischen Dokumenten und Temperaturaufzeichnungen Mittelenglands eine mittelalterliche Warmzeit im Nordatlantik ab, gefolgt von einer Kleinen Eiszeit . Dies wurde im Ersten Sachstandsbericht des IPCC diskutiert , wobei jedoch darauf hingewiesen wurde, dass die mittelalterliche Erwärmung möglicherweise nicht global war. Die Verwendung von Proxy- Indikatoren für quantitative Schätzungen vergangener Temperaturdaten entwickelte sich ab den 1930er Jahren sporadisch, und Bradley & Jones führten 1993 die „Composite Plus Scaling“-Methode (CPS) ein. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Ihre Rekonstruktion bis ins Jahr 1400 wurde im Zweiten Sachstandsbericht des IPCC veröffentlicht . harvnb-Fehler: Kein Ziel gefunden: CITEREFBradleyJones1993 ( Hilfe )

Die Rekonstruktion von Michael E. Mann , Raymond S. Bradley und Malcolm K. Hughes ( Mann, Bradley & Hughes 1998 , MBH98) zeigte globale Muster der jährlichen Oberflächentemperatur und der durchschnittlichen hemisphärischen Temperaturen bis zurück ins Jahr 1400, wobei die Unsicherheiten hervorgehoben wurden. ^{[ 11 ]}

Jones et al. (1998) erstellten unabhängig davon eine CPS-Rekonstruktion, die tausend Jahre zurückreicht, und Mann, Bradley & Hughes (1999, MBH99) nutzten die Methodik von MBH98, um ihre Studie bis ins Jahr 1000 zurückzuverfolgen. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Der Klimatologe Jerry Mahlman prägte den Begriff „Hockeyschläger“ , um das dabei entstehende Muster zu beschreiben. Er stellte sich einen bis 1900 relativ flachen Graphen als den „Schaft“ eines Eishockeyschlägers vor , gefolgt von einem steilen Anstieg, der der „Kelle“ entspricht. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Eine Version des MBH99-Diagramms wurde prominent im Dritten Sachstandsbericht des IPCC (TAR) von 2001 verwendet. Dieser stützte sich auch auf Jones et al. (1998) und drei weitere Rekonstruktionen, um die Schlussfolgerung zu untermauern, dass die 1990er Jahre auf der Nordhalbkugel wahrscheinlich das wärmste Jahrzehnt und 1998 das wärmste Jahr der letzten 1000 Jahre waren. Das Diagramm wurde in der Öffentlichkeit stark beworben und zum Streitpunkt für diejenigen, die sich dem zunehmenden wissenschaftlichen Konsens widersetzten , dass die Wärme des späten 20. Jahrhunderts außergewöhnlich war. ^{[ 16 ]}

Im Jahr 2003, als die Lobbyarbeit zum Kyoto-Protokoll von 1997 an Fahrt aufnahm, griffen sowohl die Bemühungen der Bush-Regierung , Klimarekonstruktionen aus dem ersten Bericht der Umweltschutzbehörde (EPA) zu entfernen , als auch Jim Inhofes Rede vor dem Senat, in der er die menschengemachte globale Erwärmung als Schwindel bezeichnete, auf die Kontroverse um Soon und Baliunas zurück . ^{[ 17 ]} Später im selben Jahr veröffentlichten Stephen McIntyre und Ross McKitrick die Studie „McIntyre & McKitrick 2003“ , in der sie die Daten der MBH98-Studie anzweifelten, doch ihre Argumentation wurde widerlegt. 2004 erklärte Hans von Storch , die statistischen Verfahren der MBH98-Studie hätten die Variabilität unterschätzt, doch er irrte sich, als er behauptete, dies beeinträchtige die Aussagekraft der Gesamtgrafik. ^{[ 12 ] [ 18 ]} Im Jahr 2005 kritisierten McIntyre und McKitrick die Methodik der Hauptkomponentenanalyse in MBH98 und MBH99, doch Huybers (2005) und Wahl & Ammann (2007) wiesen auf Fehler von McIntyre und McKitrick hin. Der Bericht des National Research Council North (NRC) aus dem Jahr 2006 bestätigte MBH mit geringfügigen Einschränkungen. ^{[ 19 ]} Der Wegman-Bericht unterstützte die Studie von McIntyre und McKitrick, wurde aber später widerlegt. Argumente gegen die MBH-Studien wurden im Zuge der E-Mail-Affäre der Climatic Research Unit erneut vorgebracht , jedoch durch acht unabhängige Untersuchungen widerlegt. harvnb-Fehler: Kein Ziel gefunden: CITEREFHuybers2005 ( Hilfe )

Der Test in der Wissenschaft besteht darin, ob sich Ergebnisse mit unterschiedlichen Daten und Methoden reproduzieren lassen. Mehr als zwei Dutzend Rekonstruktionen , die verschiedene statistische Methoden und Kombinationen von Ersatzdatensätzen verwenden, bestätigen den weitgehenden Konsens des ursprünglichen Hockeyschlägerdiagramms von 1998, wobei die Krümmung des vor dem 20. Jahrhundert liegenden „Schafts“ variiert. ^{[ 2 ]} Der Fünfte Sachstandsbericht des IPCC (AR5 WG1) von 2013 untersuchte die Temperaturschwankungen der letzten zwei Jahrtausende und kam zu dem Schluss, dass die durchschnittlichen Jahrestemperaturen der Nordhalbkugel im Zeitraum von 1983 bis 2012 mit hoher Wahrscheinlichkeit die wärmste 30-Jahres-Periode der letzten 800 Jahre ( hohe Wahrscheinlichkeit ) und mit mittlerer Wahrscheinlichkeit die wärmste 30-Jahres-Periode der letzten 1400 Jahre waren . ^{[ 20 ]}

• CLIWOC – Klimatologische Datenbank für die Weltmeere
• Dendroklimatologie
• Tabelle der historischen und prähistorischen Klimaindikatoren

• Eine Sammlung verschiedener Rekonstruktionen globaler und lokaler Temperaturen aus Jahrhunderten bis heute
• Eine NOAA-Sammlung individueller Datensätze
• Rekonstruktionen der Oberflächentemperatur der letzten 2000 Jahre