News: Fallende Satelliten - steigende Temperaturen
Die frohe Botschaft, daß die Temperaturen in der unteren Troposphäre - der untersten Schicht der Atmosphäre - sinken, hängt anscheinend weniger mit klimatischen als vielmehr mit räumlichen Veränderungen zusammen: Die Satelliten, welche die Temperaturen messen, ändern im Lauf der Zeit ihre Umlaufbahnen. Werden diese Abweichungen in die Messungen einbezogen, geht der Trend weg von einer Abkühlung hin zu einer leichten Erwärmung.
Die United States National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) hat seit 1979 acht TIROS-N Satelliten in den Weltraum geschickt, die mit microwave-sounding units (MSUs) bestückt sind. Diese Instrumente registrieren bei einer bestimmten Frequenz Mikrowellen, die atmosphärischer Sauerstoff emittiert. Aus den Daten läßt sich die Temperatur der Atmosphäre berechnen.
Roy Spencer vom NASA Marshall Space Flight Center und John R. Christy von der University of Alabama benutzten 1990 kombinierte MSU-Informationen, um den ersten Datensatz an globalen atmosphärischen Temperaturen zusammenzustellen, der aus Satellitendaten abgeleitet war. Sie kamen zu dem Ergebnis, daß sich die untere Troposphäre mit einer Rate von 0,05 Grad Celsius pro Jahrzehnt abkühlte. Das scheint wenig zu sein – aber diese Daten widersprechen Messungen an der Erdoberfläche, die einen Anstieg der Temperaturen um 0,13 Grad Celsius pro Jahrzehnt über den gleichen Zeitraum angeben. Aufgrund dieser Diskrepanz entbrannte eine Diskussion über mögliche Meßfehler – und sogar die Existenz einer globalen Erwärmung wurde angezweifelt.
Frank J. Wentz und Matthias Schabel von den Remote Sensing Systems demonstrierten jetzt, daß der Trend zur Abkühlung in der unteren Troposphäre ein Artefakt ist, das von einem bisher vernachlässigten Effekt hervorgerufen wird: Durch die Wirkung des Luftwiderstandes verlieren die Satelliten auf ihren Umlaufbahnen an Höhe. Bei der ersten Analyse der MSU-Daten gingen die Forscher davon aus, daß die Satelliten, einmal auf ihren Umlaufbahnen abgesetzt, auch an Ort und Stelle blieben. Wentz und Schabel berechneten die Temperaturen neu, wobei sie diesmal den Höhenverlust mit einbezogen. Die korrigierten Ergebnisse zeigen statt einer Abkühlung um 0,05 eine Erwärmung um 0,07 Grad Celsius pro Jahrzehnt (Nature vom 13. August 1998).
Das Problem liegt in der Methode, mit der die MSU-Messungen durchgeführt werden. Die Satelliten befinden sich auf einer Umlaufbahn 800 Kilometer über der Erdoberfläche. Von dort aus messen sie die Temperaturen in der unteren Troposphäre (3,5 Kilometer über der Erde) und in der mittleren Troposphäre (in sieben Kilometern Höhe). Dies geschieht, indem die Mikrowellenstrahlung in zwei Richtungen detektiert wird: einmal senkrecht nach unten zur Erdoberfläche hin und zusätzlich noch einmal schräg zum Horizont. Beide Messungen werden dann nach einer vorgegebenen Formel verrechnet. Daraus ergibt sich das Temperaturprofil der verschiedenen Schichten. Der Ansatz funktioniert – allerdings nur, wenn der Satellit in seiner ursprünglichen Umlaufbahn und damit auf der ursprünglich in die Formel eingeflossenen Höhe bleibt. Das aber ist nicht der Fall: Zwischen 1979 und 1995 sind die Satelliten um 20 Kilometer gefallen, das entspricht einem jährlichen Höhenverlust von durchschnittlich 1,2 Kilometern. Diese Veränderung verzerrt die Meßergebnisse. Wentz und Schabel nahmen den Höhenverlust in ihre Berechnungen auf, und anstelle einer Abkühlung ergab sich eine leichte Erwärmung der unteren Troposphäre.
Spencer und Christy, die den ersten Datensatz zusammengestellt hatten, reagierten bereits auf die Veröffentlichung in Nature: Sie berechneten ebenfalls die Temperaturdaten der MSUs neu. Dabei beachteten sie – im Gegensatz zu Wentz und Schabel – zuerst die individuellen Höhenverluste jedes einzelnen Satelliten, bevor sie diese interkalibrierten. Zusätzlich arbeiteten die Forscher noch zwei weitere Anpassungen in ihre Formel ein, die als Folgen der Ost-West-Drift der Trägersysteme entstehen: die Temperaturänderungen der MSU-Instrumente und Wechsel in Abhängigkeit von der Tageszeit. Mit dieser verfeinerten Formel errechneten sie eine Abkühlung um 0,01 Grad Celsius pro Jahrzehnt.
Aus Temperaturmessungen von Wetterballonen der NOAA und des UK Met Office ergibt sich ebenfalls eine Veränderung des Klimas hin zu niedrigeren Temperaturen. Die Daten der beiden Institutionen differieren wiederum um 0,05 Grad Celsius: Die NOAA gibt einen mittleren Temperaturverlust von 0,07 Grad Celsius pro Jahrzehnt an, während das UK Met Office von 0,02 Grad spricht.
Allerdings, so fügen Spencer und Christy hinzu, waren die letzten sechs Monate die wärmsten seit Beginn der Messungen vor 20 Jahren, wenn sie nach der verfeinerten Formel berechnet werden. Der aktualisierte Trend zeigt jetzt eine Erwärmung um 0,04 Grad Celsius pro Jahrzehnt an.
Der Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft ist Betreiber dieses Portals. Seine Online- und Print-Magazine, darunter »Spektrum der Wissenschaft«, »Gehirn&Geist« und »Spektrum – Die Woche«, berichten über aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung.
Schreiben Sie uns!