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Mit Satelliten und alten Schiffen dem Klimawandel auf der Spur

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Mit Satelliten und alten Schiffen dem Klimawandel auf der Spur

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Unser Wetter ändert sich fortlaufend. Mal ist es wärmer, mal kälter, mal nass, mal trocken. Wie aber sieht es aus, wenn man das Wetter über einen langen Zeitraum misst. Wann, an welchem Punkt genau, wird aus Wetter Klima?

Adam Scaife vom Met Office: “Es ist uns nicht möglich zu sagen, dass der Grund für eine ungewöhnliche Jahreszeit oder einen auffallenden Monat der Klimawandel ist, denn dazu ist das Chaos in der Atmosphäre zu groß.”

Ordnung in das Chaos bringt die Suche nach Konstanten und Trends. Dabei hilft der Blick aus dem All.

Johannes Schmetz von Eumetsat: “Die Satelliten spielen eine Schlüsselrolle bei der Erstellung des Gesamtbildes. Sie liefern Daten in enorm großem Maßstab.”

Von Darmstadt aus um die Welt

Um herauszufinden, wie aus dem jeweiligen Wetter das Klima wird und wie das eine mit dem anderen zusammenhängt, reisen wir nach Deutschland zu Satellitenbetreiber Eumetsat. Der steuert von Darmstadt aus eine ganze Armada an Satelliten. Vom All aus messen sie das Wetter hier auf Erden. Zwei Satelliten-Typen hat Eumetsat unter Kontrolle, sie fliegen auf ganz unterschiedlichen Umlaufbahnen.

Stefane Carlier von der ESA: “Zunächst ist da die geostationäre Umlaufbahn in 36.000 Kilometern Höhe. Der Satellit ist immer auf dieselbe Stelle auf der Erde gerichtet. Die Daten können sehr oft aktualisiert werden und sie kommen sozusagen in Echtzeit, da die Sichtverbindung zur Bodenstation besteht. Nur an den Polen fehlt die Sichtbarkeit. Dafür wurde der andere Satelliten-Typ entwickelt, die Pol-Satelliten. Sie fliegen von Pol zu Pol, gleichzeitig dreht sich die Erde, somit hat man die Möglichkeit, die gesamte Erde zu sehen.”

Die Europäische Weltraumorganisation ESA entwickelt die Satelliten für Eumetsat. Inzwischen werden enorm leistungsstarke Maschinen gebaut. Die drei MetOp-Wettersatelliten liefern hochauflösende Wärme- und Feuchtigkeitsmessungen, während die geostationären Meteosat-Satelliten Dutzende verschiedener Bilder der Erde nahezu in Echtzeit nach Hause funken.

Stephane Carlier: “Diese zwölf Bilder sind in zwölf unterschiedlichen Wellenlängen aufgenommen, und jede dieser Wellenlängen sagt etwas über die Erde aus, über ihre Temperatur, die Atmosphäre, die Wolkendecke, die Temperatur über Land oder in der Atmosphäre. Und ein weiterer wichtiger Aspekt der Meteorologie ist natürlich die Feuchtigkeit.”

Was ist Klima?

Dank der Satelliten wissen wir heute mehr über das Wetter als je zuvor. Aber was ist mit dem Klima? Was versteht man darunter und wie gehen die Wissenschaftler vor?

Johannes Schmetz: “Wenn man den Durchschnittswert aller Wetter-Daten nimmt, alle geophysikalischen Größen, die Temperatur, Feuchtigkeit, und das über 30 Jahre anschaut, dann erhält man das, was wir ‘Referenzklima’ nennen. Die Satelliten messen keine Klimadaten aus den zurückliegenden paar hundert Jahren. Verlässliche Daten über die Atmosphäre und die Temperaturen gibt es erst seit 1979.

Die Satelliten-Daten der vergangenen 30 Jahre sind ein enormer Gewinn für die Wissenschaftler am Met Office, dem nationalen Wetterdienst Großbritanniens. Während die Meteorologen dort mit den Daten von Eumetsat das aktuelle Wetter vorhersagen, analysieren die Klimaforscher die Daten der vergangenen Monate oder Jahre.

Adam Scaife: “Die historischen Daten haben zwei Hauptverwendungszwecke. Erstens: Durch den Blick auf diese historische Daten verstehen wir die Schwankungen. Wir können sie nutzen, um unsere Computermodelle zu testen und zu sehen, ob sie dieselben Schwankungen nachstellen können, oder nicht, ob sie richtig programmiert sind und auf den korrekten wissenschaftlichen und physikalischen Annahmen basieren. Zweitens: Mit den Daten können wir unsere Vorhersagen testen. Wir beginnen also zum Beispiel vor dem letzten Winter und versuchen dann, den Winter folgenden genau vorherzusagen. Das machen wir für jedes Jahr so und dann schauen wir, ob die Ergebnisse dem entsprechen, was in den historischen Aufzeichnungen wirklich passiert ist.”

Der Blick in die Geschichte: Hilfreich für die Gegenwart

Wenn man an den richtigen Orten sucht, findet man sehr genaue Wetterdaten aus längst vergangenen Tagen. Das ist nützlich, um Langzeittrends und natürliche Schwankungen im Klima aufzuspüren.

Einer dieser richtigen Orte ist die britische Nationalbibliothek, die British Library. Sie ist Hüterin umfangreicher Wetterdaten. Klimaforscher Philip Brohan hat bereits unzählige Stunden damit verbracht, die alten Dokumente zu studieren.

Philip Brohan vom Met Office: “Wir wollen vor allem herausfinden, wir sich das Wetter langfristig verändert hat. Wir wissen dank der Satelliten und all der anderen Daten unheimlich viel über das heutige Wetter. Aber wenn es einen heftigen Sturm gibt oder so etwas, dann fragen die Menschen: “Ist das normal, oder ist das der Klimawandel?” Es ist also wirklich gut, wenn man Wetter und speziell auffällige Wetterverhältnisse wie Stürme oder Trockenheiten mit historischen Auzeichnungen vergleichen kann.”

Manche dieser Aufzeichnungen wurden auf den Meer gemacht. Sie stammen aus den Logbüchern britischer Handelsschiffe, die im 18. und 19. Jahrhundert etwa für die Britische Ostindien-Kompanie nach Indien oder China fuhren.

Penny Brook, Kuratorin der British Library East India Office Records: “Das ist das Logbuch der “Sherburne”, die zur East India Company gehörte. Das Buch ist von 1833 und sie fuhr damals von London nach Kalkutta.”

Penny Brook: “Diese Seite ist vom 28. Oktober 1833. Hier oben steht zum Beispiel, mäßiger Wind und diesiges Wetter.”

Penny Brook: “Dann gab es auch frische Brisen oder starken Sturm aus Südwest, der den Masttop abgebrochen hat.”

In der British Library liegen rund 9000 Logbücher der Ostindien-Kompanie. Sie reichen zurück bis ins Jahr 1605. Andernorts liegen Tausende mehr solcher Aufzeichnungen. Einschließlich derer aus dem berühmten Segelschiff “Cutty Sark”. Besonders die Daten Ostindien-Kompanie ab dem Jahr 1789 sind für Klimaforscher von hoher Bedeutung, denn von da an begannen die Seefahrer, exakt und objektiv Wetterdaten zu sammeln.

Philip Brohan: “Der wachhabende Offizier hat das Wetter die ganze Zeit über genau beobachtet, um notfalls die Segel anders setzen zu können. Sie benötigten die Informationen, um die Position des Schiffes zu bestimmen. Immer mittags maßen sie die Höhe der Sonne, sie haben die Position des Schiffes bestimmt und meist gingen sind dann auch runter ins Schiff, wo auch die neuen und teueren Instrumente standen, Barometer, Thermometer. Sie lasen den Stand des Quecksilbers in beiden Instrumenten ab. Das waren die Informationen über den Luftdruck oder die Temperaturen. Die konnten sie nutzen, um die kurzfristigen Wetteränderungen zu verstehen.”

Nur eines ändert sich nicht: Die Physik

Die historischen Wetterdaten sind eine ergiebige Quelle mit genauen Angaben für die jeweiligen Tage. Aber inwieweit passen sie ins moderne Satelliten-Zeitalter?

Johannes Schmetz: “Satellitenmessungen funktionieren komplett anders. Wir messen Strahlungsfelder im oberen Bereich der Atmosphäre. Diese Strahlungsfelder enthalten Informationen über geophysikalische Größen, an denen wir interessiert sind, etwa Temperatur- oder Feuchtigkeitsprofile, Ozonwerte in der Atmosphäre oder die Windgeschwindigkeit auf der Meeresoberfläche. Die Messprinzip ist also ein anderes. Satelliten messen etwas, und daraus werden dann geophysikalische Größen abgeleitet.”

Die Messweise ist also unterschiedlich. Was die historischen und die modernen Daten aber verbindet sind die grundlegenden Gesetze der Physik, die das Klima beherrschen und die sich nicht geändert haben. Beide Quellen können also helfen, die Klimamodelle zu verfeinern. Und die machen deutlich, ab wann aus unbeständigem Wetter ein Wandel des Klimas wird.

Adam Scaife: “Um festzustellen, wann wirklich ein Wandel geschieht, müssen wir bestimmte Schwankungen miteinbeziehen. Wenn es einen starken Trend nach oben oder unten gibt, dann müssen die Statistiken angeschaut werden und wir müssen sehen, ob ein Trend aus dem ganzen Rauschen und den Schwankungen der Vergangenheit heraussticht und ungewöhnlich aussieht.”

Das hätten die Leute damals nie geglaubt

Johannes Schmetz: “Ein einzelnes Ereignis ist noch kein Beweis für einen Wandel. Erst ein langfristiger, statistisch signifikanter Wandel ist ein Beweis. Ein Einzelereignis ist statistisch nicht signifikant. Viele Ereignisse dagegen geben einen Hinweis. Und wenn man schließlich sehr viele Ereignisse hat, etwa, dass alle Sommer heißer werden, dann hat man den statistischen und mathematischen Beweis, dass das Klima sich wandelt.”

Philip Brohan: “Grundsätzlich versuchen wir damals wie heute, den Zustand der Atmosphäre zu verstehen. Die Informationen der “Cutty Sark” sind sehr viel limitierter als die Informationen der Satelliten oder anderer Mess-Stationen – aber wir können die Daten dennoch verwenden. Ich glaube kaum, dass sie damals dachten, dass die Menschen im 21. Jahrhundert immer noch Interesse an ihren Ergebnissen haben und sie nutzen würden. Aber genau das passiert, diese Aufzeichnungen sind auch heute noch sehr wertvoll.”

Die Kombination der alten Schiffs-Daten mit den modernen Satelliten-Messungen erlaubt es uns, die Linie zwischen Wetter und Klima zu finden, die natürlichen Schwankungen im Wetter zu erkennen und zu bestimmen, welche Auswirkungen Treibhausgase in unserer Atmosphäre auf das Klima haben.

Bonus interview: Adam Scaife