Der Beweis des Treibhauseffekts?

John Harries vom Impirial College hat ein Supertrick für regelmässige, vergleichsweise “einfache” Veröffentlichungen gefunden. Im April 1970 begann ein nach unten blickender Infrarotspektrometer (Man sagt “nadir viewing” im Gegensatz zu zenith, beides Ausdrücke aus dem Arabischen) namens IRIS seine Messungen. Er war installiert auf einem Satelliten mit dem Namen Nimbus 4 und es war ihm, ach, nur ein ganz kurzes Leben von 10 Monaten, von April 1970 bis Januar 1971, vergönnt. IRIS mass im Infraroten zwischen 400 bis 1600 Wellenzahlen (cm-^1). Damit hatte er im Prinzip die Hauptbanden der CO2 Absorption in seinem Messbereich, der damals allerdings noch ziemlich schlecht aufgelöst war: nur 2.8cm^-1 konnte IRIS auflösen. Zum Vergleich: Eines der letzten Modelle TES, der im Prinzip dasselbe misst, liegt heute bei 0.1cm^-1 mit einer beeindruckenden räumlichen Auflösung von 5km*9km. TES sitzt auf dem AURA Satelliten und ist Teil des Nasa A-Train, nur für die Liebhaber.

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Bild 1: Der Nimbus 4 Satellite trug den Infrarot Sensor IRIS, welcher aber schon nach 10 Monaten den Geist aufgab.

IRIS hat also vor bald 40 Jahren zum ersten Mal die von der Erde ausgehende IR Strahlung messen können und die Daten wurden ja dann auch genutzt, um die Strahlungsbilanz der Erde zu quantifizieren und um z.B. solche Bildchen wie dieses hier von Kevin Trenberth malen zu können. Mittlerweile messen wir diese mit immer besseren Sensoren auf immer besseren Satelliten und somit mit deutlich höherer räumlicher und spektraler Auflösung. Und da hatte der John Harries eben die Idee zu einer auf ewig Paper produzierenden Analyse. Ich nehme, sagte er sich gewiss, einfach ein altes IRIS Spektrum und vergleiche das mal mit einem neuen Spektrum. Und wenn das stimmt mit diesem Treibhauseffekt, ja dann müssten sich die Linien doch irgendwie verändern. Klar, die Treibhausgase blockieren die IR Strahlung in ihren Absorptionsbanden (die jede aus tausenden eng beieinander liegenden Linien zusammengesetzt sind) und die effektive Strahlungshöhe wandert zunehmend nach oben innerhalb der atmosphärischen Säule. Die entsprechenden Banden müssen kälter erscheinen.

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Bild 2: IR Satellitenspektra und ihre Differenzen entnommen aus Harries et al. Nature 2001.. Oben: die beiden Original Spektren von IMG und IRIS. Mitte: Die entsprechende mehr oder minder unbearbeitete Differenz des Spektrums aus den 90er und des Spektrums aus den 70ern. Unten: Das um Klimaeffekte bereinigte Differenzspektrum.

Da aber, wo wenig oder nichts absorbiert wird, in den sogenannten atmosphärischen Fenster, dort erwärmt sich eben gerade die Atmosphäre und die Erdoberfläche. Und das eben ist genau der Treibhauseffekt. Während IR Strahlung in einem Teil des Spektrum effizienter blockiert wird und dieser Teil daher kälter erscheint, muss aus Einergieerhaltungsgründen sich die Atmosphäre gerade so erwärmen, dass letztlich (in einem zukünftigen neuen Gleichgewicht) das Integral der ausgehenden Strahlung wieder der einfallenden Sonneneinstrahlung entspricht.
Also ging Harries hin und verglich zum ersten Mal 2001 die Resultate von IRIS mit Daten aus dem Jahr 1997 von IMG, einem anderen IR Spectrometer (ich geb’s hier mal auf diese ganzen Satelliten und Sondennamen weiter einzführen). IMG Daten, allerdings für Wasserdampf, habe ich übrigens auch schon einmal veröffentlicht.

Und hey, es funktionierte, man beobachtet ungefähr das, was ich oben beschrieben hatte: abkühlende Absorbtionsbanden, erwärmende Fenster. Harries Nature Paper tauchte in den IPCC Berichten auf und wird häufig als der direkte Hinguck-Beweis des Treibhauseffekts gehandelt. Und weil es so schön war, machten es die Kollegen dann 2007 noch einmal (wieder sind ein paar Jahre Emissionen ins Land gegangen und ein neuer Satellit hochgeschossen worden). Griggs und Harries veröffentlichten 2007 den Vergleich von IRIS mit den Daten von AIRS aus dem Jahre 2003. Und hey, 2009 veröffentlichen sie eben Daten von TES und vergleichen wie gehabt mit IRIS aus dem Jahr 1970. Und so wird es wohl auf ewig weitergehen.

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Bild 3: Das IRIS Spektrum aus den frühen 70ern. Theoretisches und Gemessenes Spektrum sind in sehr guter Übereinstimmung. Aus Chen et al. 2009.

Ein paar technische Details sind interessant. Die heutigen Satellite haben wie gesagt eine weit bessere Auflösung. Ihre Resultate müssen also künstlich verschlechtert werden, um sie mit IRIS vergleichen zu können. Auch der Beobachtungswinkel war verschieden und somit der Weg der IR Strahlung durch die Atmosphaere. Ferner gab es Temperaturschwankungen, die auch in die Strahlungstransportrechnung mit einfliessen. Das Resultat all dieser Rechnungen für IRIS zeigt Bild 1 mit insbesondere einer Flanke der Hauptabsorptionsbande des CO2 (bei 15 mikron, also ca. 660 Wellenzahlen) und der Hauptabsortionsbande des Methan (1250 Wellenzahlen). Wie man sieht, kann das theoretische Modell die Beobachtungen ganz gut nachbilden. Na, dann nochmal das gleiche für TES und dann rasch die Differenz gebildet ergibt Bild 2.
Und Tatataaaa, die Absorptionsteile des Spektrums haben sich abgekühlt, der Rest hat sich erwärmt. Wer das ewige Geplärre der Skeptiker, nach dem Beweis, DEM BEWEIS, nicht mehr hören mag, der kann dieses Paper verlinken (wird auch nichts helfen, klar!) und fertig. Und Harries hat sicher eine auf ewig Paper produzierende “Masche” gefunden, auf die ich nur neidisch sein kann. Immer mehr Satelliten werden das IR Spektrum vermessen und immer mehr Differenzen zwischen alten und neuen Spektren können so berechnet werden.

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Bild 4: Differenz der Spektren von IRIS und TES. Das Zurückhalten ausgehender IR Strahlung auf Grund steigender Methan und CO2 Konzentrationen führt zu einer effektiven Abkühlung in den entsprechenden Spektralbereichen.

Tatsächlich scheint mir die Geschichte noch um einiges komplizierter. Hier einige Fragen bzw. Interpretationen:
1) Die Verschiebung der Temperaturen im atmosphärischen Fenster ist nicht unbedingt “global warming”. Hier vergleichen wir letztlich die Temperaturen im Frühling in zwei verschiedenen Jahren in einem Teil des Pazifiks. Dieser hat sich sicher in den letzten Jahren signifikant erwärmt, auf einem drei-Monate Snappshot kann man das aber nicht schliessen. Im ersten Artikel, den Harries in Nature veröffentlichte, hat er das atmosphärische Fenster bei Null Temperaturdifferenz gesehen.
2) Wie man sieht, zeigt das Differenzspektrum TES-IRIS viele recht deutliche Linien, insbesondere in den atmosphärischen Strahlungsfenstern. Ich dachte zuerst, es handelte sich um Instrumenteneffekte. Konnte vielleicht das TES Spektrum nicht konsistent mit dem alten IRIS Sensor in Übereinstimmung gebracht werden? Euer braver Primaklima-Reporter war aber mit der Antwort nicht recht zufrieden und hat einen der Autoren des Papers angerufen. Es handelt sich wohl um echte Wasserdampflinien, die eben unterschiedlichen Zuständen der Atmosphäre entsprechen.
3) Zwischen 1970 und Heute ist das Methan deutlich angestiegen. Ich dachte zuerst, dass ganze Absorptionsband (der graue Bereich von 1250-1350 Wellenzahlen in Bild 4) müsste eine Abkühlung zeigen. Aber auch da gibt es wohl (so einer der Autoren) Wasserdampflinien, die mit dem Methan überlappen und das Bild ziemlich verrauscht erscheinen lassen. Nur die Hauptabsorptionsbereich bei 1300 Wellenzahlen zeigt ein deutliches Signal.

Fazit. Es gibt keinen “Beweis” des Treibhauseffekts, wie es auch keinen Beweis irgendeiner anderen naturwissenschaftlichen Theorie gibt. Aber diese Differenzbilder im Infraroten sind doch zumindest ein sehr anschaulicher und direkter Beleg, dass genau das in der Natur passiert, was die Treibhaustheorie voraussieht, wenn man die Konzentration der beteiligten inerten Gase (hier CO2 und Methan) ändert.

Tatsächlich interessiert sich die Gemeinde der Satellitenbauer und IR Datenanalysierer nicht besonders für dieses Thema. Die Sensoren und Sateliten wurden gebaut um z.B. den CO2 oder Ozon Gehalt zu bestimmen und nicht um solche Langzeiteffekte der Spektren zu belegen. So oder so, ein interessanter Nebeneffekt.

h/t ScepticalSciences

Kommentare

  1. #1 eduardo
    Februar 27, 2010

    Hallo Georg,

    sollte das Wasserdampffenster, z.B. im Bereich Wellenzahl 1200, wegen des Wasserdamps-Feedbacks auch deutlich kälter erscheinen ?

  2. #2 Georg Hoffmann
    Februar 27, 2010

    Hola Edu,
    guckst du oben bei Bild 2 aus dem ersten Harries Paper gibt es tatsaechlich so eine Asymmetrie zwischen den beiden Spektralbereichen links und rechts vom Ozon (vergleich in der Mitte 800 Wellenzahlen mit 1200).
    Wir vergleichen aber nur zwei verschiedenen drei Monatsabschnitte miteinander mit ja doch immer vorhandener interannualer Variabilitaet. Ich weiss nicht ob man da beim Wasserdampf was erwarten sollte.

    Obwohl mir also einer der Autoren versichert hat, dass diese Peaks im Bereich 1100-1250 dem Wasserdampf geschuldet sind, finde ich das Resultat immer noch etwas komisch. Warum ist das Differenzspektrum bei den Beoabachtungen so scharf und in der Modellrechnung so smooth? Man weiss so wenig.

  3. #3 antiangst
    Februar 28, 2010

    Qualitativ ist das schon ein sehr überzeugender Beleg. Was sagen denn die Statistikkoryphäen zur Signifikanz usw? Ab welcher CO2-Konzentration werden solche Auswertungen auch die Quantität der CO2-Sensivitivität zuverlässig belegen können? Oder geht das jetzt schon oder gibt es da aussichtsreichere Wege? Die Klimatologen müsste das doch sehr interessieren?

  4. #4 Webbaer
    Februar 28, 2010

    Interessanter Artikel!

    Wer das ewige Geplärre der Skeptiker, nach dem Beweis, DEM BEWEIS, nicht mehr hören mag, der kann dieses Paper verlinken (wird auch nichts helfen, klar!) und fertig.

    Es kann für eine Theorie keinen Beweis geben, sondern nur Belege, die aber keinen beweisenden Charakter haben. Bspw. waren viele Theorien bestens belegt und falsch.

    Die Erwärmungstrendprognostik müsste sich, im Rahmen moderner Wissenschaft zumindest, es gibt die Prognostik ja auch als politische Lehre oder reine Glaubenslehre, messen lassen. Hier ist eigentlich ein fröhlicher und länger andauernder Messvorgang erforderlich. Auch, weil nur so bestimmte behauptete Zusammenhänge widerlegt (!, widerlegen geht, beweisen dagegen nicht) werden können.

    Die Erwärmungstrendprognostik ist also, trotz einer gewissen Plausibilität, in sich problematisch. Schön, dass diese Problematik – natürlich von einem anderen und “klimagläubigen” Standpunkt – angemessen bearbeitet worden ist.

    MFG
    WB

  5. #5 Webbaer
    Februar 28, 2010

    Was sagen denn die Statistikkoryphäen zur Signifikanz usw?

    Gar nüscht. Es wird im Artikel ein Zusammenlaufen von atmosphärischen Änderungen (Zusammensetzung, “Klimagase”) und der festzustellenden(?, hier teilen sich die Beobachter) Erwärmung nahegelegt. Bei der gebenen höchst komplexen Datenlage lässt sich mit den Mitteln der Stochastik nix machen. Signifikanz ist ohnehin ein Thema für sich. :)

  6. #6 Jörg Zimmermann
    Februar 28, 2010

    @Webbaer
    Es ist ja bedauerlich, wie sehr Popper das Denken vieler Menschen verschwurbelt hat. Ich könnte ihn zum Extrem treiben und mal darauf hinweisen, daß die Theorie, Theorien könne man nur widerlegen und nie beweisen, nie bewiesen werden kann. Sie ist im übrigen für die Praxis von fragwürdigem Wert, da es genügend wissenschaftliche Theorien gibt, bei denen es einfach nicht sinnvoll und nicht praktikabel ist, sie anders zu behandeln als bewiesen. Letztlich sollten sie Dr. Hoffmann fragen, ob er hier von Beweis nicht vielleicht in einem eher umgangssprachlichen Sinne geschrieben hatte. Schon damit wäre Ihr Beitrag sinnlos geworden.

    Einen Beweis stellen die Auswertungen von Harries und seien Kollegen insofern dar, als sie so klar sind (Grad der Übereinstimmung von gemessenen und berechneten Differenzenspektren), daß alternative Erklärungen nicht mehr denkbar sind. Aber nehmen Sie doch die Herausforderung an und schlagen Sie mal eine alternative Erklärung für die Spektren vor. Was sonst könnte denn dafür sorgen, daß an den Banden von CO2, H2O oder Methan die Intensität der IR-Strahlung von der Erde beim Satelliten über die Zeit abnimmt und zwischen den Banden zunimmt, und zwar gerade in dem Maß, wie es von der Theorie vorgegeben wird? Wenn Sie eine alternative Erklärung vorschlagen können, hat Ihr verschwurbelter Vortrag vielleicht einen Sinn. Wenn nicht, war das ein schlichtes Leugnen offensichtlich Belege, die definitiv einen beweisenden Charakter haben, umgangssprachlich auch Beweise sind, und was es wissenschaftstheoretisch ist, das schenke ich Ihnen, denn das ist Glaubenssache.

    @Hoffmann, der Link auf “www.ggy.bris.ac.uk/personal/JennyGriggs/paper_4.pdf” führt auf eine ungültige Seite.

  7. #7 Georg Hoffmann
    Februar 28, 2010

    @Joerg
    Ja, ja, die Skeptiker sind alles Popperianer der ersten Stunde. Ich habe extra darum oben den Beweis mit Fragezeichen gesetzt und schreibe woertlich:

    “Es gibt keinen “Beweis” des Treibhauseffekts, wie es auch keinen Beweis irgendeiner anderen naturwissenschaftlichen Theorie gibt.”

    Mehr kann ich da auch nicht machen. Eine alternative Theorie, die das Differenzspektrum erklaert wuerde mich auch mal interessieren. Aber schoen explizit, nicht einfach “Popper wird’s schon richten”.

    Hast du denn eine Ahnung, was der Grund fuer die relativ scharfen beobachteten Linien im Differenzbild oben zwischen 1070 und 1250 Wellenzahlen ist? Das modellierte Spektrum ist ja sehr flach.
    Danke fuer den Hinweis. Hier schon mal der Link zum Griggs Paper und ich repariere das oben:
    http://ams.allenpress.com/perlserv/?request=res-loc&uri=urn%3Aap%3Apdf%3Adoi%3A10.1175%2FJCLI4204.1

  8. #8 Webbaer
    Februar 28, 2010

    Ich könnte ihn zum Extrem treiben und mal darauf hinweisen, daß die Theorie, Theorien könne man nur widerlegen und nie beweisen, nie bewiesen werden kann.

    Korrekt, die Basis der Popperschen Überlegungen ist eine Setzung. Das Wurzelelement eines Theoriengebäudes über Theorien. Hier liesse sich ein Widerspruch konstruieren. Wenn man denn will.

    Wer das nicht will, wird es aber für richtig halten, dass Theorien nie als bewiesen angenommen werden dürfen, was aber nichts an der Stärke und Nutzbarkeit gut belegter Theorien ändert. Es darf im Popperschen Sinne also keineswegs Richtung Beliebigkeit gehen. – Sie scheinen ja eher dem Verifikationsprinzip zugeneigt, was halten Sie von Feyerabend?

    Das Bemühen des Blogautoren den “Beweis” im oben beschriebenen Sinne zu präsentieren war sehr angenehm.

    Ihre Ausführungen zur Beweisführung lässt der Webbaer natürlich gerne stehen, auch wenn Sie hier von seiner sowie der Sicht des Blogautoren abweichen, denn diese sind nicht wissenschaftlich, sondern politisch.
    Fachlich wird sich der Webbaer noch mit dem Artikel bei Gelegenheit näher (im Sinne von ausführlich) beschäftigen, ein sehr interessanter Artikel, ein SB-Glanzlicht!

    MFG
    WB

  9. #9 Jörg Zimmermann
    Februar 28, 2010

    “Hast du denn eine Ahnung, was der Grund fuer die relativ scharfen beobachteten Linien im Differenzbild oben zwischen 1070 und 1250 Wellenzahlen ist? Das modellierte Spektrum ist ja sehr flach.”
    Sorry, wenn Du mal eine Frage zu chemischen Reaktionsmechanismen hast oder zu Zeitreihen oder Verteilungen von atmosphärischen Spurengasen, würde ich mich reinknien. Aber bei der Interpretation von Spektren bin ich definitiv ein Laie. Ich erinnere mich daran, daß die Kollegen am FZ Jülich bei der Interpretation der OH-Absorptionsspektren einen ganzen Zoo an Strukturen kannten, die als Artefakte in ihren Spektren stecken konnten und zu entfernen waren. Natürlich wären dann modellierte Spektren weniger strukturiert. Aber die Auswertung der Signale von den Satelliten beruhen wieder auf anderen Techniken, also könnte die Aussage unmaßgeblich sein. Vielleicht steckt das wesentliche in diesem Satz von Chen et al. 2009 “The 9.6 um ozone band has not been analyzed in any of these cases, since it is known to be highly variable…”, aber vielleicht hat das mit den scharfen Spikes gar nichts zu tun.
    Möglicherweise sind auch nur scheinbar die Strukturen im Differenzenspektrum schärfer – möglicherweise sieht man hier einfach Noise, den es im modellierten Differenzenspektrum nicht geben kann.

  10. #10 Wolfgang Flamme
    März 1, 2010

    Diese Analyse ist, wenn ich das richtig verstanden habe, die spektroskopische Variante der Beobachtung, daß sich seither a) die Troposphäre erwärmt hat und b) die Treibhausgaskonzentration dort zugenommen hat.

    Aber hätte sich die Erdatmosphäre infolge anderer Ursachen erwärmt und deren THG-Konzentration hätte zwischenzeitlich zugenommen, dann wäre ja wohl ebenfalls dieses Ergebnis zu erwarten, richtig? Daß das eine für das andere wesentlich ursächlich ist, kann dann so wohl nicht demonstriert werden. Zumal
    a) die 70er ja aufgrund von Aerosolen und irgendwelchen natürlichen Variabilitäten AFAIR als eher kühl gelten
    b) sich die Analyse auf weitestgehend wolkenfreie Regionen im tropischen Pazifik beschränkt.

    Zum Schluß eine persönliche OT-Frage an Dich: Aus Deinen Veröffentlichungen lese ich heraus, daß Du Dich einige Zeit lang mit Klimamodellen und Veränderungen verschiedener Isotopenkonzentrationen im hydrologischen Zyklus befaßt hast. Allerdings gab es da schon seit einiger Zeit nichts mehr von Dir zu lesen und hier im Blog ist diese Expertise auch kein Schwerpunkt. Hat sich das als Sackgasse entpuppt oder weshalb verfolgst Du das seit geraumer Zeit nicht weiter?

  11. #11 Georg Hoffmann
    März 1, 2010

    @Flamme

    Diese Analyse ist, wenn ich das richtig verstanden habe, die spektroskopische Variante der Beobachtung, daß sich seither a) die Troposphäre erwärmt hat und b) die Treibhausgaskonzentration dort zugenommen hat.

    Richtig. Das wird ja teils bezweifelt (a), teils wird behauptet, dies haette keinen EInfluss auf das ausgehende IR Spektrum (b).

    Aber hätte sich die Erdatmosphäre infolge anderer Ursachen erwärmt und deren THG-Konzentration hätte zwischenzeitlich zugenommen, dann wäre ja wohl ebenfalls dieses Ergebnis zu erwarten, richtig?

    Das ist die Frage nach Ursache und Wirkung? Da sich ein Teil des Spektrums (bei den THGs) abgekuehlt hat muss sich der Rest erwärmen. Aber es stimmt, dass man mit diesen Beobachtungen keinen quantitativen Zusammenhang herstellen kann.

    Allerdings gab es da schon seit einiger Zeit nichts mehr von Dir zu lesen und hier im Blog ist diese Expertise auch kein Schwerpunkt. Hat sich das als Sackgasse entpuppt oder weshalb verfolgst Du das seit geraumer Zeit nicht weiter?

    Nein. Das läuft ganz gut. Ich schreib nur lieber was ueber Sachen, die ich nicht den ganzen Tag betreibe.

  12. #12 fachfremder Student
    März 1, 2010

    Guten Tag!

    Ich würde gerne im Anschluss an die Diskussion eine Frage aufwerfen, ob und wann es denn zu einer Erwärmung der Erdatmosphäre in Folge von einer Anreicherung von Treibhausgasen in dieser kommt, also inwieweit es parameterabhängig ist und inwieweit die Verhältnisse der Strahlungen simuliert wurden/theoretisch beweisen wurden?

    Interessant dazu sollte das Verhältnis sein von der ins Weltall zusätzlich zurückemittierten IR (der Sonne) zur zusätzlichen atmosphärischen Gegenstrahlung (also dem zur Erde gerichteten Anteil der emittierten IR, von der Erde kommend und teilweise von der Sonnen-IR) von den zusätzlich in die Atmosphäre eingebrachten Treibhausgasen.

    Die hierfür erforderlichen Daten und das Wissen zu den beteiligten Prozessen (Wiensches Verschiebungsgesetz etc.) und deren Auswirkungen habe ich nicht.
    Allerdings scheint mir, dass die Forschung in dieser Hinsicht auch nicht viel weiter ist, denn von einer Simulation der Atmosphäre um den Treibhauseffekt zu erforschen habe ich noch nichts gehört. Dies jedoch ist für einen Beleg des Treibhauseffektes unabdingbar, mMn!
    Selbst das Wissen um stärkere/oder gehemmte Abstrahlung in verschiedenen Wellenlängen lässt meines Erachtens keine Schlüsse auf das Vorhandensein eines Treibhauseffektes zu.
    Da die Welt sehr komplex ist, wird es schwer sein Belege für den Treibhauseffekt zu finden (Pufferwirkung von Pflanzen z.B., welche eine optimale Photosyntheseleistung erst bei knapp der 3-fachen Konzentration an CO2 im Gegensatz zu heute haben, C3-Pflanzen zumindest).
    Wichtig wäre daher eine rein physikalische Simulation – gab es solche/wird an solchen gearbeitet? Und inwiefern ist der Treibhauseffekt in der Theorie belegt (unter Ausschluss der biologischen Komponente bspw.)?

    Man liest viel im Internet und hört viel aus den Medien zum Treibhauseffekt, jedoch fehlt es an wirklich _wissenschaftlich_ erarbeiteten Belegen oder Widerlegungen, ohne politische Interessen, Grundlagenforschung sozusagen.
    Die gesellschaftliche Verantwortung von WIssenschaftlern hat nicht etwa bei den Atombomben aufgehört – die Politik nutzt ihrerseits natürlich die Klimadebatte um Emissionshandel mit CO2 betreiben zu können, was die Debatte lächerlich macht (seitens der Politik) und ablenkt von einer wirklich nachhaltigeren Lebensweise/Produktion etc., die wir unabhängig von einem vorhandenem/nicht vorhandenem Treibhauseffekt angehen sollten.

    mfg
    ein sich meinungsbildender Student

  13. #13 Georg Hoffmann
    März 1, 2010

    @fachfremder Student
    Ich geb zu, ich habe viele ihrer Fragen nicht recht verstanden und antworte mal nach besten Wissen. Manchmal habe ich aber den Eindruck, dass Sie etwas ganz anderes fragen wollten. In dem Fall nochmal nachharken.

    ob und wann es denn zu einer Erwärmung der Erdatmosphäre in Folge von einer Anreicherung von Treibhausgasen in dieser kommt, also inwieweit es parameterabhängig ist und inwieweit die Verhältnisse der Strahlungen simuliert wurden/theoretisch beweisen wurden?

    Sowohl die Erdoberflaeche als auch die erdnahe Atmosphaere erwärmen sich, und zwar in dem Masse, wie die Modelle es vorher gesagt haben.
    zB hier
    http://tamino.wordpress.com/2008/01/24/giss-ncdc-hadcru/

    Interessant dazu sollte das Verhältnis sein von der ins Weltall zusätzlich zurückemittierten IR (der Sonne) zur zusätzlichen atmosphärischen Gegenstrahlung (also dem zur Erde gerichteten Anteil der emittierten IR, von der Erde kommend und teilweise von der Sonnen-IR) von den zusätzlich in die Atmosphäre eingebrachten Treibhausgasen.

    Kann ich leider ueberhaupt nicht zuordnen. Die Sonne hat nur einen relativ kleinen IR Anteil im nahen infraroten Spektralbereich.

    Allerdings scheint mir, dass die Forschung in dieser Hinsicht auch nicht viel weiter ist, denn von einer Simulation der Atmosphäre um den Treibhauseffekt zu erforschen habe ich noch nichts gehört.

    Das ist genau, was die Klimamodelle machen. Sie haben ein Strahlungmodul, welches die verschiedenen Arten von Strahlung (kurzwellig, langwellig) und ihre Interaktion mit verschiedenen Gasen, Wolken, Aerosolen simulieren.

    Wichtig wäre daher eine rein physikalische Simulation – gab es solche/wird an solchen gearbeitet? Und inwiefern ist der Treibhauseffekt in der Theorie belegt (unter Ausschluss der biologischen Komponente bspw.)?

    Abgesehen von den Satelliten kann man natuerlich in viel feinerer Linienaufloesung nachschauen ob der Strahlungstransport so funktioniert wie berechnet.
    Hier einige Beitrage auf Primaklima die Grundsaetzliches zum Treibhauseffekt beleuchten:
    http://www.scienceblogs.de/primaklima/2009/02/kleiner-beitrag-grosse-wirkung-zur-co2-absorption.php
    http://www.scienceblogs.de/primaklima/2009/03/sie-ist-gesattigt-sie-ist-es-nicht-sie-ist-gesattigt-anmerkungen-zum-strahlungstransport.php

    Und hier, wie man sich so ein Klimamodell vorstellen kann:
    http://www.scienceblogs.de/primaklima/2009/03/jetzt-mit-musik-und-text-die-superscharfe-animation.php

  14. #14 fachfremder Student
    März 1, 2010

    Vielen Dank für die schnelle Antwort!

    Die Links von Ihnen werden mir hoffentlich Aufschluss geben über den aktuellen Stand der Forschung.

    Wie ich bereits bereits geschrieben hatte, kenne ich mich mit den beteiligten phys. Prozessen nur unwesentlich aus, aber ihrer Antwort nach absorbieren Treibhausgase vor allem den dem sichtbaren Licht nahen IR-Bereich?

    Immerhin macht IR einen großen Teil des Sonnenspektrums aus – geschätzt 40%.
    (http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Sonne_Strahlungsintensitaet.svg&filetimestamp=20071018092930)
    Meine Vorstellung war jetzt, vor allem zum _Glas_hauseffekt, dass für die Erwärmung IR kaum verantwortlich sein kann, da Glas IR großteils abschirmt (oder dies zumindest möglich ist für optisch Transparentes).
    Daher für eine Erwärmung des Glashauses eher der unterbundene Luftaustausch zur Außenwelt verantwortlich ist – eine (geringfügige) Erwärmung durch eben die von der Erde abgegebene IR-Strahlung, welche zum größten Teil vom sichtbaren Spektrum des einfallenden Sonnenlichts herrührt. Wie groß dieser in IR umgewandelte Anteil ist wäre demnach ein Maß für die Erwärmung, weil nur dieser Anteil vom Glas zurückgehalten wird und letzlich die Luft im Glashaus erhitzt.

    Eine Analogie zur Atmosphäre hinkt natürlich, aber das war mein Ausgangspunkt – in wieweit stimmt dieser mit der Realität überein? Und warum ist der Treibhauseffekt eigentlich nicht bewiesen? Dieser ist ja mehr oder weniger ein einfaches Modell – dieses auf die Erde anzuwenden würde ich eher als Problem sehen, aber nicht den Effekt an sich (dieser sollte doch eindeutig beleg-/widerlegbar sein?).

    mfg

  15. #15 Georg Hoffmann
    März 1, 2010

    @fachfremder Student

    aber ihrer Antwort nach absorbieren Treibhausgase vor allem den dem sichtbaren Licht nahen IR-Bereich?

    Habe ich nie gesagt.

    Das Glashaus ist nur ein Biild. Ein quantitativer Vergleich auf der Ebene ist sinnlos.

    Beweise gibt es nicht in den empirischen Wissenschaften.

  16. #16 fachfremder Student
    März 1, 2010

    Stimmt denn wenigstens das BILD vom Glashhaus, das ich habe?

    Ich: “[...]aber ihrer Antwort nach absorbieren Treibhausgase vor allem den dem sichtbaren Licht nahen IR-Bereich?” – haben Sie so nicht gesagt, daher habe ich es als Frage formuliert!
    Scheint jedoch nicht der Fall zu sein (inhaltlich)….

  17. #17 Ebel
    März 2, 2010

    Bild 4: Differenz der Spektren von IRIS und TES. Das Zurückhalten ausgehender IR Strahlung auf Grund steigender Methan und CO2 Konzentrationen führt zu einer effektiven Abkühlung in den entsprechenden Spektralbereichen.

    Diese Erklärung gefällt mir überhaupt nicht. Es gibt kein Zurückhalten, sondern nur eine Emission entsprechend der Temperatur. Und bei einer kühleren Startosphäre sinken eben die Strahlungsintensitäten, die aus der Stratosphäre emittiert werden.

    Dazu muß man den Treibhauseffekt verstehen: In der Troposphäre haben die Strahlungseffekte so gut wie keinen Einfluß auf den Temperaturgradienten (konvektionsverursacht), in der Stratosphäre stellt sich die Temperatur so ein, daß eine Bilanz ohne Konvektion existiert.

    Oben in der Stratosphäre sind Auf- und Abwärsstrahlung extrem unterschiedlich, nach unten wird dieser Unterschied geringer. Die Folge ist eine nach unten zunehmende Temperatur mit steigendem Temperaturgradienten. Wenn der Gradient die stabile Luftschichtung übersteigt setzt Konvektion ein und die Troposphäre beginnt.

    Die Temperaturänderung in der Stratosphäre hängt praktisch von der Anzahl der passierten Treibhausgasmoleküle ab, bei höherer Konzentration ist die Grenze Stratosphäre/Troposphäre eher erreicht.

    Da dadurch die Dicke der Troposphäre zunimmt, steigt auch die Temperaturdifferenz über der Troposphäre. Diese steigende Temperaturdifferenz verteilt sich zu etwa einem Viertel auf höhere Temperatur an der Oberfläche und ca. 3/4 an der Stratosphäre (diese Aufteilung 3:4 habe ich an einer Stelle gefunden, sie kann auch etwas anders sein).

    @eduardo· 27.02.10 · 21:34 Uhr

    sollte das Wasserdampffenster, z.B. im Bereich Wellenzahl 1200, wegen des Wasserdamps-Feedbacks auch deutlich kälter erscheinen ?

    Die Wasserdampflinien sind etwa temperaturunabhängig. Welche Intensitäten im Weltall gemessen werden, hängt davon ab, ab wann die Atmosphäre bei der betreffenden Wellenlänge durchsichtig wird. Bei Wasserdampf sind Durchsichtigkeit und Temperatur gekoppelt, da Wasserdampf kondensiert. Steigende Temperaturen erhöhen nur die Abstrahlebene aber nicht die Intensität: Ist es unten wärmer, dann ist eben die Höhe ab der die Atmosphäre durchsichtig wird höher, weil die ausreichende Kondensation erst in größerer Höhe erfolgt.

    Noch etwas zur Spitze in der Mitte des CO2-Trichters (bei 15µm). Dort ist die Absorptionslänge so klein, daß die Temperatur der Ozonspitze dafür verantwortlich ist. Der relativ flache Boden des CO2-Trichters resultiert trotz unterschiedlicher Absorptionslängen aus der Fast-Konstanz der Stratosphärentemperatur.

    MfG

  18. #18 Georg Hoffmann
    März 2, 2010

    @ebel

    Diese Erklärung gefällt mir überhaupt nicht. Es gibt kein Zurückhalten, sondern nur eine Emission entsprechend der Temperatur. Und bei einer kühleren Stratosphäre sinken eben die Strahlungsintensitäten, die aus der Stratosphäre emittiert werden.

    Ich moechte den Ausdruck mal verteidigen. Wenn die Konzentration der THGs erhoeht wird, erniedrigt sich die mittlere Weglaenge der IR Photonen bereits in der Troposphaere. Man kann also auf einer festen Hoehe in der Troposphaere davon sprechen dass Photonen durch die THGs zurueckgehalten wurden (die die vorher aus X Metern kamen, kommen jetzt aus X+epsilon Metern)

    Emission erfolgen nach der Temperatur, da sind wir voellig einig. Wenn wir den atmosphaerischen Temperaturgradienten in einem ersten Schritt festhalten und als konstant ansehen, dann wandert durch das obige “Zurueckhalten” die effektive Strahlungstemperatur nach oben laengs des Temperaturgradienten. DH, dass Strahlung von sagen wir 50km aus betrachtet nicht mehr im Mittel (nur ein Beispiel) aus 4950 Meter kommt, sondern im Mittel aus 5000 Meter. Das ist was das Satellitenbild zeigt.

    Die Erklaerung mit der Dicke der Troposphaere verstehe ich nicht.
    Die Tropopause scheint mir durch das Ende des konvektiven Einflusses der Troposphaere einerseits und dem Beginnn der Ozongesteuerten Erwaermung der Stratosphaere andererseits festgelegt.

    @fachfremder Student

    Stimmt denn wenigstens das BILD vom Glashhaus, das ich habe?

    Nein.

  19. #19 Ebel
    März 2, 2010

    @ Georg Hoffmann· 02.03.10 · 11:19 Uhr

    … dem Beginnn der Ozongesteuerten Erwaermung der Stratosphaere andererseits festgelegt.

    Das ist so ein weit verbreiterter Irrtum, daß die relativ konstante Stratosphärentemperatur Folge der Ozonspitze ist. Auch ohne die Ozonerwärmung wäre die Stratosphärentemperatur etwa konstant.
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/4/46/Atmosphaere.png

    Da durch die Filterwirkung der UV-Absorption nimmt die Temperatur von der Ozonspitze aus exponentiell ab – und würde weiter abnehmen, wenn nicht die Temperatur aus dem Strahlungsgleichgewicht etwa konstant bliebe.

    MfG

  20. #20 Georg Hoffmann
    März 2, 2010

    @Jochen
    Die Stratosphärentemperaturen waeren ohne Ozon konstant (ich bin nicht ganz sicher, wie genau das quantitativ stimmt. Man muesste mal in einem radiativ-convective model das Ozoan abschalten. Aber für unsere Zwecke ist der Satz mal ok). Doch mit Ozon sind sie eben nicht konstant. Die Temperaturen steigen durch die Stratosphaere an. Die Tropopause ist also die Schnittstelle zwischen einem feucht-adiabatischen Abkuhlungsgradienten und einem Erwaermungsgradienten in der Stratosphaere.
    Ich habe jetz nur dieses Bild aus einer etwas zweitklassigen Quelle gefunden:
    http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/Atmosphere/images/stratosphere_temperature_graph_big_gif_image.html

    Ich glaube, es ist ziemlich klar, dass 1) die TRatosphaere nach oben hin sich erwaermt und 2) dass es sich um einen Effekt handel, der mit der UV Absorption des O3 zu tun hat.

    Sind Sie einverstanden mit meiner Erklaerung zum Wort “zurückhalten”?
    Georg

  21. #21 Ebel
    März 2, 2010

    Auch in dem Bild ist zwischen 10km und 20km Höhe die Temperatur konstant. Mit steigender Höhe nimmt auch die Dichte der Luft ab. Da nun der Treibhauseffekt von der Menge an Treibhausgasen abhängt, ist der Zusammenhang zwischen Treibhausgasen und Temperatur am Besten in einem Druck-Temperatur-Diagramm darstellbar.

    Zur Ozonspitze hin erwärmt sich die Stratosphäre – aber dieser Bereich ist nur ein ganz kleiner Bereich bei niedrigen Drücken, der größte Druckbereich hat eine konstante Temperatur.

    Mit dem “Zurückhalten” habe ich so meine Probleme. Die Gesamtabstrahlung muß natürlich konstant sein. Was durch die Änderungen an Temperatur usw. entsteht ist eine Änderung der Wellenlängenverteilung der Abstrahlungsintensitäten. Mit den Wort zurückhalten liefert man manchen Treibhausskeptikern Munition.

    MfG

  22. #22 Franz Nörgel
    März 8, 2010

    “” Mit den Wort zurückhalten liefert man manchen Treibhausskeptikern Munition…”

    @ebel&co

    das stimmt!

    ebel, ich sehe, sie haben das problem weit besser erkannt als der liebe georg.
    so weit ich hier erkenne, haben sie sich einer quantifizierung verschlossen. kommen sie mit ihren “gedanken” auf t änderungen in bodennähe bei 200, 400 und 700ppm co2?
    konstanz aller anderen parameter mal theoretisch angenommen.

    mir fällt auch auf, dass sie von einer extrem idealisierten atmosphäre ausgehen. die troposphäre funktioniert nur bedingt nach ihren kriterien. die durchmischung ist alles andere als real, sie geht nur per definition als soche in die trennung der schichten ein, wie das dolle strahlungsmodell, welches ja wie der name schon sagt, ein modell ist, welches uns bis vor AGW zeiten ausreichte um die temperatur in den schichten zu erklären. reden wir heute von 1/10 graden hin od. her, müsste man strahlung und energie innerhalb der troposphäre viel genauer erfassen.

    treibhausgase sind aus meiner sicht definitiv an der oberflächen t erhöhung beiteiligt, aber in einer unter zu ordnenden größenordnung und bis dato hat mir keiner irgendetwas zeigen od. sagen können, was meine folgerungen widerlegt.

    lg fn

  23. #23 adenosine
    März 9, 2010

    @ebel: Ist das mit dem Zurückhalten nicht doch der richtige Hinweis? Fakt ist doch, dass von untern mehr Intensität reingepustet wird und in den Absorbtionsbändern oben weniger raus kommt. Könnte man nicht sagen, das Treibhausgase den Widerstand der Atmosphäre für den Strahlungsfluss erhöhen, und deshalb für den gleichen Leistungsfluss eine höheres Potenzial erforderlich ist?

  24. #24 Ebel
    März 9, 2010

    @adenosine· 09.03.10 · 10:26 Uhr
    Daß ein höheres Potential (hier die Temperatur als Potential) erforderlich ist, ist richtig. Wo haben Sie aber dabei etwas zurückgehalten? Die Nettostrahlung bleibt doch gleich.

    Unten geht mehr Strahlung (plus konvektive Energie) rein und kommt zum Großteil als Gegenstrahlung zurück. Die Energie, die oben raus geht ist der Wert, der unten als Nettostrahlung rein geht. Wenn laufend zurück gehalten wird, müßte laufend die Temperatur steigen.

    @Franz Nörgel· 08.03.10 · 19:57 Uhr
    Die Höhe der Tropopause ist in den vergangenen Jahrzehnten angestiegen – mehrere 100m. Der troposphärische Temperaturanstieg ist ca. 6,5K/km. Allerdings verteilt sich der Anstieg der troposphärischen Temperaturdifferenz zu einer großen Temperaturabsenkung oben an der Stratosphäre und einem geringeren Anstieg unten an der Erdoberfläche.

    Für das Verständnis eines Vorgangs werden immer Idealisierungen gemacht. Die Frage ist oft nur, wie stark unterscheiden sich idealisiert und real.

    MfG

  25. #25 adenosine
    März 9, 2010

    @Ebel: Nun, durch das höhere Potenzial muss mehr durch das absorbtionsfreie Fenster gehen, dann folgt, dass da weniger durch die CO2-Bereiche geht, das kann man doch zurückhalten nennen.

  26. #26 Franz Nörgel
    März 9, 2010

    genau ebel (ihr letzter satz!)

    so, dann gehe ich her und behaupte ganz grob, die erde “erholt” sich seit der kleinen eiszeit, der wasserdampfgehalt hat zugenommen und verursacht ua. ein ansteigen der tropopause, was wohl immer der fall sein wird, wenn es unten wärmer wird und zusätzlich kommen noch ein paar co2 moleküle daher, welche den trend unterstützen und dann sind wir wieder bei ihrem letzten satz oben: wie viel macht co2 aus und ich bin immer noch schwer davon überzeugt, dass der anteil kleiner als der natürliche ist.

  27. #27 Franz Nörgel
    März 9, 2010

    noch was ebel:

    ihr ansatz gefällt mir immer besser. die mittlere höhe der tropopause dürfte recht gut zu bestimmen sein. ich lasse die spezifischen strahlungseigenschaften einfach weg und sage, ein sich erwärmendes luftvolumen nimmt mehr raum ein. je höher die tropopause zu liegen kommt, desto höher ist der energiegehalt der luft darunter.

    habe sie vielleicht links zum höhenverlauf der tropop. über das letzte jahrhundert. kann man überhaupt vor der sat. ära von zuverlässigen mittleren höhenbstimmungen global sprechen usw…

  28. #28 Ebel
    März 9, 2010

    @adenosine· 09.03.10 · 13:29 Uhr
    “zurückhalten” hat nach meinem Verständnis etwa so eine Bedeutung wie “sammeln”. Hier wäre das Energie sammeln. Zwar wird am Anfang etwas Energie “gesammelt” (die Temperaturen in der Troposphäre steigen), aber oben (Stratosphäre) sinkt die Temperatur. Es könnte sogar sein, daß die gespeicherte Wärme etwa konstant bleibt.

    Der Anstieg der CO2-Konzentration hat also mit sammeln praktisch nichts zu tun. Mit der Änderung der Wellenlängenverteilung gehe ich mit. Ob man das aber mit dem Wort “zurückhalten” richtig beschreibt?

    @ Franz Nörgel· 09.03.10 · 13:32 Uhr und · 09.03.10 · 13:41 Uhr
    Durch die Erwärmung steigt die Tropopausenhöhe ebenfalls an. Man gibt die Tropopausenhöhe dewegen sowohl in m (enthält die Ausdehnung bei Erwärmung) als auch als Druck an (dabei ist eine echte Verschiebung).

    Eine so lange Zeitkonstante des Atmosphärensystems (“seit der kleinen eiszeit”) dürfte wohl nicht zutreffen.

    Zwei Links
    http://www.meteo.physik.uni-muenchen.de/dkt/abstracts/hohenpeissenberg/steinbrecht_p.pdf

    http://www.heise.de/tp/r4/artikel/15/15297/1.html

    MfG

  29. #29 Franz Nörgel
    März 9, 2010

    sehr schön herr ebel,

    dann kommen wir dem AGW anteil immer näher.
    aus ihren links zu folgen hat sich die höhe der tropopause seit ca. 15 jahren nicht mehr weiter nach oben bewegt. auch die globale t hat sich seither nicht mehr signifikant erhöt aber die ppms an co2 haben sich stark erhöht.

    hmmm? und wie kann dann irgendwer behaupten, der anstieg der tp sei hauptsächlich durch o3 abnahme und co2 zunahme zu erklären?
    man könnte in diesem fall viel eher hergehen und die korrelation mit co2 völlig verwerfen und dieses spurengas dort zu lassen, wo es ir absorbtionsmäßig hin gehört, ins land der nebensächlichkeiten…

  30. #30 Ebel
    März 9, 2010

    @ Franz Nörgel· 09.03.10 · 16:36 Uhr
    Passen Sie auf, daß Sie in das Diagramm nicht etwas hineininterpretieren, was es nicht hergibt. Erstens können Sie auch vor 1994 Abschnitte finden, wo der Mittelwert sinkt, dann kann sich das großräumige Zirkulationssystem geändert haben und außerdem kann noch eine Datenauswertungsungenauigkeit vorliegen. Die Kurve ist erst gegelättet mit 13 Monaten und dann gemittelt. Da ein Jahr 12 Monate hat, kann z.B. dadurch eine 12-13- jährige Periodizität entstehen. Dazu ist die Höhe der Tropopause in Länge und nicht im Druck angegeben. Im ganzen Zeitraum sind sind zwischen der grünen und blauen Kurve immer Unterschiede bis zu äquivalent 1 K.

    Auch nach 1994 steigt die sogar die gezeichnete Höhe weiter.

    MfG

  31. #31 Karl Mistelberger
    Oktober 15, 2010

    Taking the Measure of the Greenhouse Effect, By Gavin Schmidt — October 2010

    http://www.giss.nasa.gov/research/briefs/schmidt_05/