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May 05, 2024

RealClimate: Das AMOC: Kippt dieses Jahrhundert oder nicht?

25. August 2023 von Stefan 27 Kommentare Vor einigen Wochen kam eine Studie der Forscher der Universität Kopenhagen, Peter und Susanne Ditlevsen, zu dem Schluss, dass die Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) vorhanden ist

25. August 2023 von Stefan 27 Kommentare

Vor einigen Wochen kamen die Forscher der Universität Kopenhagen, Peter und Susanne Ditlevsen, in einer Studie zu dem Schluss, dass die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) wahrscheinlich bereits in diesem Jahrhundert, höchstwahrscheinlich um die Mitte des Jahrhunderts, einen Wendepunkt überschreiten wird. Angesichts der katastrophalen Folgen eines AMOC-Ausfalls sorgte die Studie für einige Schlagzeilen, stieß aber auch auf einige Skepsis. Nachdem sich der Staub nun gelegt hat, hier einige Gedanken zu den Kritikpunkten, die an dieser Studie geäußert wurden.

Ich habe dort zwei Hauptargumente gesehen.

1. Beschreiben die verwendeten Daten wirklich Veränderungen im AMOC?

Direkte AMOC-Messungen liegen uns erst seit 2004 vor, ein zu kurzer Zeitraum für diese Art von Studie. Daher verwendeten die Ditlevsens die Meeresoberflächentemperaturen (SST) in einer Region zwischen der Spitze Grönlands und Großbritannien als Indikator, basierend auf Caesar et al. 2018 (PDF; ich bin Co-Autor dieses Artikels). Die Grundidee beginnt mit der Beobachtung, dass es in dieser Region weitaus wärmer ist als das, was für diesen Breitengrad normal ist, weil die AMOC große Mengen an Wärme in das Gebiet abgibt. Das folgende Diagramm, das ich vor 25 Jahren erstellt habe, veranschaulicht dies.

Wenn die AMOC schwächer wird, kühlt sich diese Region ab. Und tatsächlich kühlt es ab – es ist die einzige Region der Erde, die seit vorindustriellen Zeiten abgekühlt ist. Dies wird allgemein als „wärmendes Loch“ oder „kalter Fleck“ bezeichnet.

Wir argumentierten in Caesar et al. dass die dortige Meeresoberflächentemperatur im Winter ein guter Indikator für die AMOC-Stärke ist, basierend auf einem hochauflösenden Klimamodell. (Nicht im Sommer, wenn der Ozean von einer flachen, von der Sonne erwärmten gemischten Oberflächenschicht bedeckt ist und stark von den Wetterbedingungen abhängt.) Wir haben dies anhand anderer Klimamodelle überprüft und festgestellt, dass unser AMOC-Index (d. h. basierend auf SST im „kalten Fleck“) ' Region) und die tatsächliche AMOC-Verlangsamung korrelierten dort stark (Korrelationskoeffizient R=0,95).

Es gibt einige andere Indikatoren, die entweder gemessene Salzgehalte im Ozean oder verschiedene Arten von Proxydaten aus Sedimentkernen verwenden, z. B. Sedimentkorngrößen am Meeresboden als Indikatoren für die Strömungsgeschwindigkeit des tief nach Süden gerichteten AMOC-Zweigs. Der entscheidende Punkt für mich ist: Diese verschiedenen Indikatoren liefern ziemlich konsistente AMOC-Rekonstruktionen, wie wir in Caesar et al. gezeigt haben. 2021. Die Sedimentdaten reichen weiter zurück, sind aber wahrscheinlich nicht so zuverlässig und reichen nicht bis in die Gegenwart.

Für die letzten Jahrzehnte gibt es möglicherweise bessere Ansätze wie Schätzungen des Meereszustands, und diese stimmen auch mit dem SST-Fingerabdruck überein – diese reichen jedoch nicht weit genug zurück für die Ditlevsen-Studie. Die nächste Grafik zeigt einen Vergleich verschiedener Rekonstruktionen für den relevanten Zeitraum, der in der Ditlevsen-Studie verwendet wurde.

Auf dem Salzgehalt basierende Rekonstruktionen können ebenfalls gut sein, aber sie hängen vom Niederschlag ab, einer bekanntermaßen variablen Größe, sodass es eher zweifelhaft ist, ob die Analyse der Salzgehaltsvarianz besser abschneidet als das SST-Signal.

Es wurde argumentiert, dass der „kalte Fleck“ möglicherweise nicht durch einen AMOC-Rückgang, sondern durch Wärmeverlust an der Meeresoberfläche verursacht wird. Das lässt sich leicht überprüfen: Wäre dies der Fall, wäre die Abkühlung in der Umgebung mit einem erhöhten Wärmeverlust an der Oberfläche verbunden. Aber wenn die AMOC der Übeltäter ist, sollte weniger Wärme verloren gehen, da eine kühlere Meeresoberfläche aufgrund des verringerten Wärmetransports durch das Meer weniger Wärme verliert. Die Reanalysedaten zeigen, dass Letzteres der Fall ist.

Dies wurde von Halldór Björnsson vom isländischen Wetterdienst gezeigt und auf der Polarkreiskonferenz 2016 vorgestellt. Ich habe dies hier im Jahr 2016 und auch in meinem RealClimate-Artikel „Wenn Sie bezweifeln, dass die AMOC geschwächt ist, lesen Sie dies“ von 2018 besprochen, zusammen mit möglichen andere alternative Erklärungen des „kalten Flecks“. Wir haben Halldórs Analyse kürzlich am PIK wiederholt und sind zu den gleichen Ergebnissen gekommen.

Mein Fazit: Seit etwa einem Jahrhundert sind die SST-Daten wahrscheinlich der beste AMOC-Indikator, den wir haben, und ich sehe keine konkreten Beweise dafür, dass sie unzuverlässig sind.

2. Die Ditlevsen-Studie geht davon aus, dass die AMOC bei Annäherung an den Kipppunkt einer quadratischen Kurve folgt.

Das ist eher eine technische Kritik. Ihre Annahme ergibt sich aus Stommels einfachem Modell des AMOC-Kipppunkts von 1961. Es resultiert aus der Grundidee, dass (a) AMOC-Änderungen proportional zu Dichteänderungen sind und (b) die Dichteänderung aus einem Gleichgewicht zwischen Süßwassereintrag und AMOC-Salztransport in die Tiefwasserformationsregion (dh „Cold Blob“) resultiert. Zusammengenommen führen diese beiden Annahmen zu einer quadratischen Gleichung.

Dies sind sehr plausible Grundannahmen, auch wenn sie auf einer linearen Zustandsgleichung basieren. Wir alle wissen jedoch, dass man Dinge um einen bestimmten Punkt herum linearisieren kann, um eine Schätzung erster Ordnung zu erhalten. Das Argument, dass dies „zu einfach“ sei, bedeutet nicht, dass es falsch ist; Vielmehr ist dies zumindest in erster Linie richtig.

In einer Studie aus dem Jahr 1996 verglich ich die Ergebnisse einer Reaktion eines quadratischen Boxmodells mit einem vollwertigen 3D-Primitivgleichungsmodell der Ozeanzirkulation mit nichtlinearer Zustandsgleichung, dem MOM-Modell des Geophysical Fluid Dynamics Lab in Princeton. Es sieht aus wie das.

Eine viel bessere Passform kann man nicht bekommen. Eine ähnliche quadratische Form wurde auch von Henk Dijkstras Gruppe an der Universität Utrecht in einem hochmodernen globalen Klimamodell, dem CESM-Modell (noch nicht veröffentlicht), gefunden. Ich habe von den Kritikern keine konkreten Beweise dafür gesehen, dass die Form möglicherweise nicht quadratisch ist; das scheint eine rein hypothetische Möglichkeit zu sein. Auch wenn es nicht exakt quadratisch ist, ist der angegebene Unsicherheitsbereich größer, aber das Ergebnis ändert sich dadurch nicht grundlegend.

Was soll das alles heißen?

Ein AMOC-Zusammenbruch wäre eine gewaltige Katastrophe von globalem Ausmaß. Einige der Folgen: Abkühlung und verstärkte Stürme in Nordwesteuropa, erheblicher zusätzlicher Anstieg des Meeresspiegels insbesondere entlang der amerikanischen Atlantikküste, eine Verschiebung tropischer Niederschlagsgürtel nach Süden (was in einigen Regionen zu Dürre und in anderen zu Überschwemmungen führt), verringerte Kohlendioxidaufnahme der Ozeane, stark verringerte Sauerstoffversorgung der Tiefsee, wahrscheinlicher Zusammenbruch des Ökosystems im Nordatlantik und andere. Schauen Sie sich den lesenswerten OECD-Bericht „Climate Tipping Points“ und die Karten unten an. Das wollen Sie unbedingt verhindern.

Aus paläoklimatischen Daten wissen wir, dass es aufgrund abrupter AMOC-Änderungen, offenbar nachdem die AMOC einen Wendepunkt überschritten hatte, eine Reihe drastischer, schneller Klimaveränderungen mit Schwerpunkt im Nordatlantik gegeben hat. Sie sind als Heinrich-Ereignisse und Dansgaard-Oeschger-Ereignisse bekannt, siehe meine Rezension in Nature (pdf).

Der Punkt: Es ist ein Risiko, das wir auf ein absolutes Minimum beschränken sollten.

Mit anderen Worten: Es geht um Risikoanalyse und Katastrophenvorsorge. Dabei geht es nicht darum, hundertprozentig sicher zu sein, dass die AMOC noch in diesem Jahrhundert ihren Wendepunkt erreichen wird; Wir möchten zu 100 % sicher sein, dass dies nicht der Fall ist. Selbst wenn die Wahrscheinlichkeit, dass die Ditlevsen-Studie beim Erreichen des Wendepunkts zwischen 2025 und 2095 korrekt ist, nur (sagen wir) 40 % bestünde, wäre das eine wesentliche Änderung gegenüber der vorherigen IPCC-Einschätzung, dass das Risiko weniger als 10 % beträgt. Sogar eine Wahrscheinlichkeit von weniger als 10 % beim IPCC (bei dem es nur „mittlere Sicherheit“ gibt, dass sie so gering ist) ist meiner Ansicht nach ein großes Problem. Diese Sorge ist mit der Ditlevsen-Studie stark gestiegen – darum geht es und nicht darum, ob sie 100 % richtig und sicher ist.

Würden Sie in einem Dorf unterhalb eines aufgestauten Sees leben, wenn Ihnen gesagt würde, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Damm eines Tages bricht und ein Großteil des Dorfes weggespült wird, bei eins zu zehn liegt? Würden Sie sagen: „Keine Sorge, die Wahrscheinlichkeit, dass es nicht passiert, liegt bei 90 %?“ Oder würden Sie von den Behörden Maßnahmen fordern, um das Risiko zu verringern? Was wäre, wenn eine neue Studie von erfahrenen Wissenschaftlern und einer renommierten Fachzeitschrift erscheint, in der es heißt, es sei fast sicher, dass der Damm brechen wird, die Frage ist nur, wann? Würden Sie sofortige Aufmerksamkeit fordern, um diese Gefahr zu mindern, oder würden Sie sagen: „Na ja, einige haben sich gefragt, ob die Annahmen dieser Studie völlig richtig sind. Nehmen wir einfach an, dass es falsch ist“?

Für die AMOC (und andere Klima-Kipppunkte) besteht die einzige Maßnahme, die wir ergreifen können, um das Risiko zu minimieren, darin, aus fossilen Brennstoffen auszusteigen und die Entwaldung so schnell wie möglich zu stoppen. Eine wesentliche Annahme der Ditlevsen-Studie ist, dass die globale Erwärmung wie in den vergangenen Jahrzehnten anhält. Das liegt in unserer Hand – oder genauer gesagt in der unserer Regierungen und mächtigen Konzerne. Im Jahr 2022 subventionierten allein die G20-Regierungen die Nutzung fossiler Brennstoffe mit 1,4 Billionen Dollar, was einer Steigerung von 475 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Sie versuchen nicht, fossile Brennstoffe abzuschaffen.

Doch sobald wir Null-Emissionen erreichen, wird die globale Erwärmung innerhalb von Jahren aufhören, und je früher dies geschieht, desto geringer ist das Risiko, Kipppunkte zu überschreiten. Es minimiert auch viele andere Verluste, Schäden und menschliches Leid durch „normale“ Auswirkungen der globalen Erwärmung, die bereits überall um uns herum auftreten, auch ohne größere Klimakipppunkte zu überwinden.

Links

Weitere Informationen hierzu finden Sie in meinem langen TwiX-Thread mit vielen Bildern aus relevanten Studien.

Was passiert im Atlantischen Ozean mit der AMOC?

Wenn Sie bezweifeln, dass die AMOC geschwächt ist, lesen Sie dies

AMOC-Verlangsamung: Die Verbindung der Punkte

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