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Ein Umweltphysiker im Klimawandel

Archive for September 18th, 2008

Der Hockeystick & wie die mittelalterliche Warmzeit vom IPCC aus der Geschichte getilgt wurde

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Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), im Deutschen oft als Weltklimarat bezeichnet, wurde im November 1988 vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) ins Leben gerufen. Hauptaufgabe des der Klimarahmenkonvention (UNFCCC) beigeordneten Ausschusses ist es, Risiken der globalen Erwärmung zu beurteilen und Vermeidungsstrategien zusammenzutragen.

Zur Klimageschichte des IPCC

Im ersten Assessment Report des IPCC von 1990 findet sich auf Seite 202 eine Grafik, welche die Temperatur der letzten 1000 Jahre zeigt:

Man erkennt, dass das Klima im 11. bis 13. Jahrhundert deutlich wärmer war als heute. Diese Zeit wurde Medieval warm period, oder auch mittelalterliche Warmzeit genannt. Die gezeigte Grafik stammt aus folgender Publikation: LAMB, H.H. (1977): Climate Present, Past And Future Volume 2: Climatic history and the future. – Methuen & co Ltd, London (page 440). Die Klimadaten wurden in Mittelengland erfasst und reichen bis 1970.

Schon im zweiten Assessment Report von 1995 sah die Abbildung ganz anders aus. Auf Seite 174 findet sich ein Abschnitt mit der Überschrift

Darin ebenfalls eine Temperaturkurve:

Doch anstatt die letzten 1000 Jahre zu zeigen, beginnt sie erst im 15. Jahrhundert. Also exakt nach dem Ende der mittelalterlichen Warmzeit. Aber noch etwas fällt auf. Die durchgezogene Durchschnittslinie scheint gar nicht zu der gezeigten Temperaturkurve zu passen.

Im dritten Assessment Report von 2001 wird schließlich diese Kurve vom IPCC präsentiert. Laut IPCC 2001 (nach Mann, M.E, R.S. Bradley and M.K. Hughes (1998) Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries.- NATURE, VOL 392, 23 April).

In der Literatur oft abgedruckt unter (Michael E. Mann and Raymond S. Bradley (1999). Northern Hemisphere Temperatures During the Past Millennium: Inferences, Uncertainties, and Limitations) (mit der Originalgrafik auf der letzten Seite, Figure 3).

Die mittelalterliche Warmzeit ist auf einmal wie ausgelöscht. Bis ca. 1900 zeigt das Diagramm ein relativ stabiles Klima mit abkühlender Tendenz, gefolgt von einen dramatischen Temperaturanstieg. Die Grafik erlangte aufgrund ihrer Form, die einem Hockeyschläger ähnelt, „Weltruhm“ als sog. „Hockeystick-Kurve“. Sie wurde vielfach zitiert und übernommen, wobei die Fehlergrenzen (der grau schattierte Bereich) oftmals nicht mehr eingezeichnet wurde. Siehe z.B. Al Gores Film „Eine unbequeme Wahrheit“.

Die Kurve geriet u.a. in die Kritik, da die Methode, welche Michael Mann verwendet hat, offensichtlich immer eine Hockeystick Kurve lieferte. Michael Mann weigert sich bis heute die Methode vollständig offen zu legen. Weiter wurde festgestellt, dass die verwendeten Baumringdaten die Klimasprünge der Vergangenheit offensichtlich unterbewerten und zu schwach abbilden.

Letztendlich präsentiert das IPCC im vierten Assessment Report von 2007 auf Seite 467 diese Klimakurve („Spaghettikurve“).

Darin enthalten ist u.a. immer noch die Hockeystick-Kurve von Michael Mann (MBH1999). Allerdings ist sie zu einer Kurve unter vielen geworden. Neuere Rekonstruktionen zeigen wieder eine mehr oder weniger ausgeprägte mittelalterliche Warmzeit. Damit wären wir annähernd wieder bei der Kurve von Lamb aus dem Jahr 1977 angelangt, die uns im ersten Assessment Report von 1990 präsentiert wurde.

Nachdem wir die Klimageschichte des IPCC aufgearbeitet haben, möchte ich mich nun der Frage widmen, ob es vor 1998 bzw. 2001 nichts „Besseres“ als den Hockeystick gab? In wie weit war die mittelalterliche Warmzeit schon vorher wissenschaftlich belegt?

Bei der Recherche bin ich auf zahlreiche Arbeiten gestoßen, die zwischen 1993 und 1998 veröffentlicht wurden und in denen die mittelalterliche Warmzeit weltweit gut belegt ist.

Im Folgenden möchte ich einige Arbeiten kurz vorstellen.

Tree-ring and glacial evidence for the medieval warm epoch and the little ice age in southern South America, Ricardo Villalba, Climatic Change, März 1994

“Abstract: A tree-ring reconstruction of summer temperatures from northern Patagonia shows distinct episodes of higher and lower temperature during the last 1000 yr. The first cold interval was from A.D. 900 to 1070, which was followed by a warm period A.D. 1080 to 1250 (approximately coincident with the Medieval Warm Epoch). Afterwards a long, cold-moist interval followed from A.D. 1270 to 1660, peaking around 1340 and 1640 (contemporaneously with early Little Ice Age events in the Northern Hemisphere).”

Anhand von Baumringdaten wurde das Klima Patagoniens der letzten ca. 1100 Jahre rekonstruiert. Der Autor Ricardo Villalba (heute übrigens IPCC-Autor) ermittelt eine Kälteperiode zwischen 900-1070 AD (heute auch bekannt als Oort Minimum der Sonnenaktivität um ca. 1050), gefolgt von einer Wärmeperiode zwischen 1080-1250 AD (welche er der mittelalterlichen Warmzeit zuordnet), gefolgt von einer Kälteperiode zwischen 1270-1660 AD mit Höhepunkten um 1340 und 1640 (welche er der Kleinen Eiszeit zuordnet, im Übereinstimmung mit dem Auftreten auf der Nordhalbkugel).

Glacial geological evidence for the medieval warm period, Jean M. Grove and Roy Switsur, Climatic Change, März 1994

“Abstract: It is hypothesised that the Medieval Warm Period was preceded and followed by periods of moraine deposition associated with glacier expansion. Improvements in the methodology of radiocarbon calibration make it possible to convert radiocarbon ages to calendar dates with greater precision than was previously possible. Dating of organic material closely associated with moraines in many montane regions has reached the point where it is possible to survey available information concerning the timing of the medieval warm period. The results suggest that it was a global event occurring between about 900 and 1250 A.D., possibly interrupted by a minor readvance of ice between about 1050 and 1150 A.D.”

In der Arbeit werden fossile Gletscherfunde, organischen Materials, stammend aus diversen Bergregionen der Welt, über ihr datiertes Radiokarbonalter verglichen. Daraus wird geschlossen, dass die mittelalterliche Warmzeit ein globales Ereignis war, dass in die Zeit zwischen 900-1250 AD fällt, wahrscheinlich unterbrochen durch einen kurzfristigen Eisvorstoß der in die Zeit um 1050-1150 fällt (heute auch bekannt als Oort Minimum der Sonnenaktivität um ca. 1050).

A warm and wet little climatic optimum and a cold and dry little ice age in the southern rocky mountains, U.S.A., Kenneth Lee Petersen, Climatic Change, März 1994

“Abstract: The zenith of Anasazi Pueblo Indian occupation in the northern Colorado Plateau region of the southwestern U.S.A. coincides with the Little Climatic Optimum or Medieval Warm Period (A.D. 900–1300), and its demise coincides with the commencement of the Little Ice Age…”

Die Arbeit nimmt Bezug zum Aufstieg und Niedergang der Kultur der Anasazi-, bzw. Pueblo-Indianer in den südlichen Rocky Mountains von Colorado, analog zur mittelalterlichen Warmzeit um 900-1300 AD und der folgenden Kleinen Eiszeit.

Evidence for the existence of the medieval warm period in China, De’Er Zhang, Climatic Change, März 1994

“Abstract : The collected documentary records of the cultivation of citrus trees andBoehmeria nivea (a perennial herb) have been used to produce distribution maps of these plants for the eighth, twelfth and thirteenth centuries A.D. The northern boundary of citrus andBoehmeria nivea cultivation in the thirteenth century lay to the north of the modern distribution. During the last 1000 years, the thirteenth-century boundary was the northernmost. This indicates that this was the warmest time in that period. On the basis of knowledge of the climatic conditions required for planting these species, it can be estimated that the annual mean temperature in south Henan Province in the thirteenth century was 0.9–1.0°C higher than at present…”

In dieser Arbeit werden Verbreitung und Vorkommen von Zitrusbäumen und Chinagras, im China der letzten Jahrhunderte untersucht. Aus den klimatischen Bedingungen, welche für das Wachstum erforderlich sind, kann geschlossen werden, dass die jährliche Mitteltemperatur in der Südhenan-Provinz im 13. Jahrhundert 0.9-1.0°C höher lag als heute.

Hier eine Arbeit von Lisa J. Graumlich (u.a. verantwortlich für das Biosphäre 2 Projekt):

Graumlich, L.J. 1993. A 1000-year record of temperature and precipitation in the Sierra Nevada. Quaternary Research 39(2): 249-255.

„Abstract: Tree-ring data from subalpine conifers in the southern Sierra Nevada were used to reconstruct temperature and precipitation back to A.D. 800. Tree growth of foxtail pine (Pinus balfouriana) and western juniper (Juniperus occidentalis ssp. australis) is influenced by nonlinear interactions between summer temperature and winter precipitation. Reconstruction of the separate histories of temperature and precipitation is feasible by explicitly modeling species and site differences in climatic response using response surfaces. The summer temperature reconstruction shows fluctuations on centennial and longer time scales including a period with temperatures exceeding late 20th-century values from ca. 1100 to 1375 A.D., corresponding to the Medieval Warm Period identified in other proxy data sources, and a period of cold temperatures from ca. 1450 to 1850, corresponding to the Little Ice Age…”

Dazu die folgende Abbildung:

Die Baumringdaten der untersuchten Nadelbäume zeigen einen erhöhten Tree-Ring-Index (eine erhöhte Wachstumsrate) und die in Vergleich gesetzten Delta-14C-Werte eine erhöhte Sonnenaktivität während der mittelalterlichen Warmzeit an. Zum Thema Maximum der Sonnenaktivität während des Mittelalters gibt es diverse Arbeiten. Auf eine neuere komme ich später noch zu sprechen.

Kommen wir nun zu einem Science Paper aus dem Jahre 1996.

The Little Ice Age and Medieval Warm Period in the Sargasso Sea, Lloyd D. Keigwin, Science 29 November 1996

“Sea surface temperature (SST), salinity, and flux of terrigenous material oscillated on millennial time scales in the Pleistocene North Atlantic, but there are few records of Holocene variability. Because of high rates of sediment accumulation, Holocene oscillations are well documented in the northern Sargasso Sea. Results from a radiocarbon-dated box core show that SST was ~ 1°C cooler than today ~ 400 years ago (the Little Ice Age) and 1700 years ago, and ~ 1°C warmer than today 1000 years ago (the Medieval Warm Period). Thus, at least some of the warming since the Little Ice Age appears to be part of a natural oscillation.”

In der Arbeit werden Sedimentkerndaten aus der Sargasso-See ausgewertet. Untersucht wurden Schichtung, Carbonatverteilung, Verhältnis der Sauerstoffisotope und Radiokarbonalter. Daraus wird geschlossen, dass die Meeresoberflächentemperatur vor ~ 400 Jahren in etwa ~ 1°C niedriger lag als heute (Kleine Eiszeit) und vor 1000 Jahren in etwa ~ 1°C um höher lag als heute (mittelalterliche Warmzeit). Aus der Arbeit stammt die folgende Abbildung:

Gezeigt wird die rekonstruierte Temperatur mit aktuellen Messwerten am linken Ende des Graphen „S“ (Jahresmittelwerte ab 1954).

Hier eine weitere Arbeit welche in Science veröffentlicht wurde, diesmal aus dem Jahr 1998 stammend.

Past Temperatures Directly from the Greenland Ice Sheet, D. Dahl-Jensen, K. Mosegaard, N. Gundestrup, G. D. Clow, S. J. Johnsen, A. W. Hansen, N. Balling, Science 9 October 1998

In der Arbeit werden Temperaturdaten aus Bohrlöchern in Grönland ausgewertet.

Darin heißt es:

„The record implies that the medieval period around 1000 A.D. was 1 K warmer than present in Greenland. Two cold periods, at 1550 and 1850 A.D., are observed during the Little Ice Age (LIA) with temperatures 0.5 and 0.7 K below the present.”

Die Abbildung unten zeigt die rekonstruierte Temperaturgeschichte aus der GRIP-Bohrung in Zentralgrönland. Dargestellt ist die Klimageschichte Grönlands der letzten 2000 Jahre inklusive Fehlergrenzen. Sehr schön zu sehen ist die mittelalterliche Warmzeit um 1000 mit einer Temperatur, die nach Dahl-Jensen um ca. +1°C höher lag als die heutige und die nachfolgende Kleine Eiszeit mit Kälteperioden um 1550 und 1850 und einer Temperatur, die ca. –0,5 bis –0,7°C niedriger lag als die heutige.

Zu einem ähnlichen Ergebnis für die mittelalterliche Warmzeit kommt diese Arbeit mit Temperaturdaten (Heat-Flow-Profilen) aus Bohrlöchern in aller Welt.

Late Quaternary Temperature Changes Seen in World-Wide Continental Heat Flow Measurements, Shaopeng Huang, Henry N. Pollack, Po Yu Shen, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 24, NO. 15, PAGES 1947–1950, 1997

Die Abbildung zeigt die weltweit verwendeten Bohrlochdaten und daraus rekonstruierten Temperaturgeschichten. Deutlich zu erkennen ist ein ausgeprägtes mittelalterliches Maximum um das Jahr 1000.

Bei den hier vorgestellten Arbeiten möchte ich es einmal bewenden belassen. Es gibt diverse weitere. Ich stelle fest, es gab zahlreiche Arbeiten zur mittelalterlichen Warmzeit aus aller Welt (darunter auch Science-Paper), die vor dem Mann-Hockeystick erschienen sind und welche vom IPCC offensichtlich nicht berücksichtigt worden sind.

Zuletzt möchte ich noch auf die Sonnenaktivität zu sprechen kommen. Diverse Arbeiten behandeln das Thema Sonnenaktivität während des Mittelalters. Abgesehen von den lokalen Auswirkungen der mittelalterlichen Warmzeit kann man über die Sonne eine gemeinsame Verbindung herstellen. Hier eine Arbeit aus dem Jahr 2003.

A Millennium Scale Sunspot Number Reconstruction: Evidence For an Unusually Active Sun Since the 1940’s, USOSKIN Ilya G.; SOLANKI Sami K.; SCHÜSSLER Manfred; MURSULA Kalevi ; ALANKO Katja ; Physical review letters ISSN 0031-9007 CODEN PRLTAO, 2003, vol. 91, no21, pp. 211101.1-211101.4

“Résumé / Abstract
The extension of the sunspot number series backward in time is of considerable interest for dynamo theory, solar, stellar, and climate research. We have used records of the 10Be concentration in polar ice to reconstructthe average sunspot activity level for the period between the year 850 to the present. Our method uses physical models for processes connecting the 10Be concentration with the sunspot number. The reconstruction shows reliably that the period of high solar activity during the last 60 years is unique throughout the past 1150 years…”

Die Abbildung unten zeigt die aus weltweiten Proxydaten rekonstruierte Sonnenaktivität der letzten 1150 Jahre, sowie die beobachtet Sonnenaktivität seit 1610. Verzeichnet sind Minimas und Maximas der solaren Aktivität. Die Autoren weisen auf die außergewöhnlich hohe Aktivität der letzten 60 Jahre hin.

Schön zu erkennen ist die mittelalterliche Warmzeit zwischen 900-1300 AD, welche durch das Oort Minimum der Sonnenaktivität um ca. 1050 unterbrochen wird. Eine ähnlich hohe, bzw. höhere Sonnenaktivität wie zur mittelalterlichen Warmzeit wurde erst wieder um 1750 und 1940 erreicht. Diese Zeiträume zeichnen sich wie die mittelalterliche Warmzeit durch höhere Temperaturen aus.

P.S.: Die Delta-14C-Werte aus der obigen Abbildung gehen auf die Arbeit von Stuvier & Quay 1980 zurück:

Stuvier, M., and Quay, P. D., 1980, Changes in atmospheric carbon-14 attributed to a variable sun: Science, v. 207, p. 11-19.

Abbildung nach Stuvier & Quay 1980 und Damon 1987

Anligend noch eine Grafik aus: Cosmic Rays and Climate, Jasper Kirkby, Surveys in Geophysics 28, 333-375 (Nov 2007)

Written by admin

Donnerstag, 18 September, 2008 at 12:24

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