16. Juni 2010

Temperaturmessung contra Bohrlochdaten

Vor Kurzem wurde ich darauf hingewiesen, dass die Paläoklimatologie nur indirekte Ergebnisse zur Debatte über das Klima liefern würde. Natürliche Klimaarchive, wie sie in diversen Ablagerungen und Einschlüssen zu finden sind (Baumstämme, Korallen, Moore, Tropfsteine oder im ewigen Eis - anhand von Bohrungen), wären weitreichenden Kritiken unterzogen worden. Für die vergangenen ca. 150 Jahre seien ohnehin flächendeckende, instrumentelle Temperaturmessungen gemacht worden, welche eine Klimaerwärmung in den letzten Jahrzehnten klar und deutlich zeigen würden.

Nun ich möchte Folgendes entgegnen:
  • Es gehört zum Usus in der Klimawissenschaft, natürliche Klimaarchive zur Rückschau in vergangene Zeiten zu verwenden. Ich verweise darauf, dass ich hier nicht nur einzelne z.B. Baumringuntersuchungen angeführt habe sondern vielmehr eine starke Durchmischung von allen verfügbaren Klimaproxies durchgeführt wurde. So ist zB. aus der Arbeit von Soon/Baliunas (2003) 92, ersichtlich, dass hier verschiedenste Proxydaten ausgewertet wurden. Ich zitiere:

    Symbols for the type of climate proxy used include B: borehole; Cl: cultural; D: documentary; G: glacier advance or retreat; Gm: geomorphology; In: instrumental; Is: isotopic analysis from lake sedimentary or ice cores, tree or peat celluloses, corals, stalagmite or bilogical fossils; Ic: net ice accumulation rate, including dust or chemical counts; Lf: lake fossils and sedimetns; river sediments; Ml: melt layers in ice cores; Mp: multiproxy (any combination of proxies listed here); Pf: phenological and paleontological fossils; Po: pollen; Sd: seafloor sediments; Sp: speleothem isotopic or luminescent analysis; T: tree ring growth, either ring width or maximum latewood density, including shifting tree line positions; Ts: tree stumps in lakes, marshes and streams.
  • Ich kann weiters darauf verweisen, dass in einer neuen Studie, aus dem Jahre 2009, von F. C. Ljungqvist (Temperature proxy records covering the last two millennia: a tabular and visual overview, in: Geografiska Annaler: Physical Geography, Vol. 91A, 11-29) meine aufgeführte wissenschaftliche Evidenz bestätigt wird. Aus dem Abstract erfahren wir zur Studie und den Ergebnissen wie folgt:

    Here, the first systematic survey is presented, with graphic representations, of most quantitative temperature proxy data records covering the last two millennia that have been published in the peer-reviewed literature. In total, 71 series are presented together with basic essential information on each record. ... Both the Medieval Warm Period, the Little Ice Age and the 20th century warming are clearly visible in most records, whereas the Roman Warm Period and the Dark Age Cold Period are less clearly discernible.
     
  • Die mir gegenüber geäußerte Kritik geht seltsamer Weise total am Thema dieses Blogs vorbei. Wenn darauf verwiesen wird, dass für die letzten resp. 150 Jahre flächendeckende instrumentelle Temperaturmessreihen vorlägen, so bezweifle ich erstens diese Aussage  selber stark - wie ich gleich ausführen werde. Einerseits stellt sich nämlich die Frage nach dem "flächendeckenden Vorhandensein" und andererseits ob der Genauigkeit gewonnener Daten. Ebenso bleibt festzuhalten, dass das Mittelalter von den instrumentellen Temperaturmessreihen eben nicht erfasst werden kann und ich in diesem Blog somit auf die Paläoklimatologie und ihre Datenarchive angewiesen bin.
  • Des Weiteren weise ich darauf hin, dass ich mich Broeckers Meinung anschließe:

    In my estimation, at least for time scales greater than a century or two, only two proxies can yield temperatures that are accurate to 0.5°C: the reconstruction of temperatures from the elevation of mountain snowlines and borehole thermometry.
    (Broecker W.S.: Was the Medieval Warm Period global?, in: Science, Vol. 291, 23. February 2001, 1497f.)

    • Dh. ich akzeptiere die Schwankungsbreite, mit welcher solche Messungen "belastet" sind, verzichte jedoch nicht auf die Anführung solcher Daten aus verschiedensten Studien.

Instrumentelle Temperaturmessungen und das Jahr 1990
Ich persönlich bin von den instrumentellen Temperaturmessungen, zumindest der letzten Dekaden, nicht überzeugt. Zu viele Stimmen wurden laut, die Ungereimtheiten nahelegten. Watts und D'Aleo haben eine sehr gute und kritische Arbeit hierzu verfasst (downloadbar [pdf-Format, ca. 12,4 MB] unter: Surface Temperature Records) Sie schreiben auf Seite 8f. u.a.:
Five organizations publish global temperature data. Two – Remote Sensing Systems (RSS) and the University of Alabama at Huntsville (UAH) – are satellite datasets. The three terrestrial datasets provided by the institutions – NOAA’s National Climatic Data Center (NCDC), NASA’s Goddard Institute for Space Studies (GISS/ GISTEMP), and the University of East Anglia’s Climatic Research Unit (CRU) – all depend on data supplied by surface stations administered and disseminated by NOAA under the management of the National Climatic Data Center in Asheville, North Carolina. The Global Historical Climatology Network (GHCN) is the most commonly cited measure of global surface temperature for the last 100 years.
Around 1990, NOAA/NCDC's GHCN dataset lost more than three-quarters of the climate measuring stations around the world. It can be shown that country by country, they lost stations with a bias towards higher-latitude, higher-altitude and rural locations, all of which had a tendency to be cooler.
The remaining climate monitoring stations were increasingly near the sea, at lower elevations, and at airports near larger cities. This data were then used to determine the global average temperature and to initialize climate models.

Das heißt letztlich: Von 6000 datasets Mitte der 70er Jahre des v. Jhs, sind ab den 90ern, bis heute, nur mehr unter 1000 weltweit übriggeblieben. Das Interessante hierbei: Die Aussortierung der datasets, die kühlere Temperaturwerte anzeig(t)en. Hier dazugehörende Grafik von Seite 20:


Sehr schön auch anzusehen (Cf., Seite 17), wie die einzelnen Messstationen in Laufe der Zeit weniger und nicht mehr wurden und werden:




(wer Animationen liebt und über einen schnellen Rechner verfügt bzw. genügend Downloadvermögen bereitstellen möchte, kann die Veränderungen hier ansehen: Messstationenrückgang animiert)

Interessant als Beispiel, die Türkei (Cf., Seite 35):

Maps showing station temperature trends for (top) all stations active during 1880 to 2010 and (bottom) for stations active after 1990. The result is that Turkey is shown to be warming when the data shows cooling.


Ebenfalls ist es fraglich, ob man überhaupt von einer flächendeckenden instrumentellen, globalen Temperaturerfassung sprechen kann. Scheint es doch vielmehr so zu sein, dass bestimmte Gebiete, wo wenige bis gar keine Messstationen vorhanden sind (zB. um den Nordpol oder Antarktis) über nächstgelegene Messstationen korreliert werden (Cf., u.a. EIKE Artikel).

Auch zeigen die seit 1979 erfassbaren Satellitendaten ein anderes Bild. Das globale MSU-Satelliten-Datenset geplottet für den Zeitraum 1979-2009 (abrufbar unter MSU Datenset 1979-2009. ) lässt einen unerreichten Peak im Jahre 1998 erkennen:

Im Gegensatz hierzu finden wir bei GissTemp:



So wird zB. der "Peak" im Jahre 1998 gezeigt, dieser jedoch im "Annual Mean" bereits 2003 und wieder 2005 und 2007 übertroffen - das "5-year Running Mean" zeigt einen ungebremsten Anstieg.

Temperaturrekonstruktionen aus Bohrlochdaten 
Ich komme jetzt zu den von mir favorisierten Bohrlochdaten. Obzwar ich mir darüber im Klaren bin, dass auch hier weit zurückreichende Klimarekonstruktionen angreifbar sind, bleibe ich dabei, dass für mich, Rekonstruktionen für zumindest das letzte Jahrtausend auf Basis von gewonnenen Bohrlochdaten, eine der wichtigsten und sichersten Quellen der Paläoklimatologie sind. In der Folge gebe ich einige Studien der letzten Jahre wider. Ich verlasse mich dabei teils auf die Daten von co2science.org, werde jedoch in einzelnen Analysen darüber hinausgehen.

Als "Hausmarke" in den letzten 15 Jahren, kann die Studie "Late Quaternary temperature changes seen in world-wide continental heat flow measurements" von Huang und Pollack, aus dem Jahre 1997, angesehen werden (abruf-/downoloadbar [pdf-Format, ca. 1,7 MB] unter: Late Quaternary ...).

Idso fasst gut zusammen:
The authors searched the large database of terrestrial heat flow measurements compiled by the International Heat Flow Commission of the International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior for measurements suitable for reconstructiong an average ground surface temperature history of the earth over the last 20,000 years. Based on a total of 6,144 qualifying sets of heat flow measurements obtained from every continent of the globe, they produced a global climate reconstruction, which, they state, is "independent of other proxy interpretations [and] of any preconceptions or biases as to the nature of the actual climate history.


Sie gelangten zum Ergebnis:
The early to mid-Holocene appears as a relatively wlong arm interval some 0.2-0.6 K above present-day temperatures, the culmination of the warming that followed the end of the last glaciation. Temperatures were also warmer than present 500-1,000 yeras ago, but then cooled to a minimum some 0.2-0.7 K below present about 200 years ago. Although temperature variations in this type of reconstruction are highly smoothed, the results clearly resemble the broad outlines of late Quaternary climate changes suggested by proxies.
Huang S., Pollack N. N.: Late Quaternary temperature changes seen in world-wide continental heat flow measurements, in: GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 24, NO. 15, PAGES 1947-1950, AUGUST 1, 1997; hier: Seite 1947)

Dazu gehörende Grafik, samt Erklärung aus Seite 1948:


Huang und Pollack verweisen auch darauf, dass eine geothermale Aufzeichnung von Klimaveränderungen "loses resolution with depth and thus with time, and is noisy because of regional variation" (Seite 1950). Dennoch halten sie fest (S. 1950):
Nevertheless, we have shown that with the satatistical bolstering of thousands of observations, the geothermal archive yields an independent reconstrction of the broad outline of the late Quaternary temperature history, complementary to and not inconsistent with other perspectives of Holocene climate derived from a variety of proxies.

Eine Studie aus dem Jahre 1998 sei hier kurz aufgeführt (Studien, in welchen die Daten nicht bis zur MWP zurückreichen, werden in der Folge vernachlässigt).  Es handelt sich um die Studie "Climate Change Record in Subsurface Temperatures: A Global Perspective" (abruf-/downloadbar [pdf-Format, ca. 230 KB] unter: Climate Change ...) von Pollack, Huang und Shen, erschienen in SCIENCE, VOL 282, 9 Oktober 1998. Idso fasst zusammen:
Pollack et al. (1998) reconstructed a surface temperature history for the past five centuries from 358 boreholes spread throughout eastern North America, central Europe, southern Africa and Australia. Nearly 80% of these locations experienced a net warming over this period; but 20% of them experienced a net cooling. Consequently, the mean warming of this large area over the past 500 years was about 1°C, most of which occurred well in advance of the lion's share of the past century's anthropogenic CO2 emissions, suggesting that most of the 1°C of reconstructed warming was non-CO2-induced.

Da diese Studie nur die letzten 500 Jahre als Untersuchungsgegenstand aufweist, können wir bezüglich der MWP nicht konkludieren. Der Redlichkeit halber werde ich besagte Grafik hierzu, von Seite 280, anführen:

Für mich interessanter ist da schon die Studie von Dahl-Jensen et al., ("Past Temperatures Directly from the Greenland Ice Sheet", in: SCIENCE, VOL 282, 9 October 1998, 268-271)(abruf-/downloadbar [pdf-Format, ca. 600 KB] unter: Past Temperatures ...) ebenfalls aus dem Jahre 1998. Aus mehreren Grafiken  (Seite 270) ist klar herauszulesen, dass besagte Bohrung Evidenz für die Existenz einer MWP in der Studiengegend in Grönland liefert. 




Wichtig für uns die Aussage:
The record implies that the medieval period around 1000 A.D. was 1 K warmer than present in Greenland.
(Dahl-Jensen D. et al.: Past Temperatures Directly from the Greenland Ice Sheet, in: SCIENCE, VOL 282, 9 Oktober 1998, 270)

Eine weitere Studie, erschienen vor dem Millenniumwechsel: 
  • Bodri L., Cermak, V.: Climate change of the last millennium inferred from borehole temperatures: Regional patterns of climatic changes in the Czech Republic - Part III., in:  Global and Planetary Change (1999) 21: 225-235.

    Dazu Idso:
    In the words of the authors, "the existence of a medieval warm epoch lasting from 1100-1300 A.D. is clear", which epoch they describe as "one of the warmest postgalcial times".

    Ich möchte noch zwei aktuelle Studien anführen. Die Erste: "A late Quaternary climate reconstruction based on borehole heat flux data, borehole temperature data, and the instrumental record" von Huang S.P. et al., in: GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 35, L13703, doi:10.1029/2008GL034187, 2008 (abruf-/downloadbar [pdf-Format, ca. 640 KB] unter: A late Quaternary ...). Die Zweite: "Climatic signals in multiple highly resolved stable isotope records from Greenland" von Vinther B. M. et al., in: Quaternary Science Reviews, Volume 29, Issues 3-4, February 2020, Pages 522-538 (Abstract abruf-/downloadbar unter: Climatic signals ...).

    In beiden Studien wird von der Existenz einer MWP in den besagten Untersuchungsgebieten gesprochen. So halten Huang et al. unter Punkt 5.: "Summary and Conclusions" fest:
    These reconstructions resolve the warming from the last glacial maximum, the occurrence of mid-Holocene warm period, a MWP and LIA, and the rapid warming of the 20th century, all occurring at times consistent with a broad array of paleoclimatic proxy data. The reconstructions show the temperatures of the mid- Holocene warm period some 1–2 K above the reference level, the maximum of the MWP at or slightly below the reference level, the minimum of the LIA about 1 K below the reference level, and end-of-20th century temperatures about 0.5 K above the reference level.

    Bei Vinther et al. finden wir:
    Winter season stable isotope data from ice core records that reach more than 1400 years back in time suggest that the warm period that began in the 1920s raised southern Greenland temperatures to the same level as those that prevailed during the warmest intervals of the Medieval Warm Period some 900–1300 years ago.

    Mir scheint, dass dies den Kritikern als Entgegnung genügen sollte.