Interiectio
Zwei Wochen Pause – und wichtige Dinge sind geschehen. Von den einen werdet Ihr noch erfahren, von den anderen erzähle ich Euch jetzt: Inzwischen ist nämlich die Idee entstanden, diesen Blog noch einmal grundlegend zu überarbeiten und daraus ein Buch zu machen. Mit dem, was ich Euch nächste Woche zeigen werde – Stichwort Strahlungszerlegung –, ist das Ganze in meinen Augen inzwischen auch eigenständig und neu genug, dass daraus tatsächlich etwas Interessantes werden könnte. Mal sehen, was die Verlage dazu sagen.
Was allerdings ebenfalls wahr ist: Einige der zentralen Argumente dieses Blogs sind bislang unnötig schwer zu verstehen. Das betrifft vor allem meine Kritik am klassischen Forcing-Feedback-Ansatz, wie er auch im IPCC-Rahmen eine zentrale Rolle spielt. Ich versuche dort zu zeigen, warum ich glaube, dass bereits die Konstruktion dieses Verfahrens dazu führen kann, bestimmte Einflüsse falsch zuzuordnen und die resultierende Erwärmungswirkung zu überschätzen. Die Kapitel 10 bis 12 enthalten zwar die entscheidenden Argumente, aber sie verlangen dem Leser viel ab. Rückkopplungsparameter, Strahlungsantrieb, Netto-Strahlung, Klimasensitivität – wer nicht ohnehin schon tief in der Materie steckt, kann dabei ziemlich schnell aussteigen. Und wenn ich damit schon Schwierigkeiten habe, meine eigene Argumentation so zu erklären, dass man sie beim ersten Lesen versteht, brauche ich bei einem Verlag gar nicht erst anzuklopfen.
Daher habe ich mir in den letzten beiden Wochen, neben dem, was Ihr nächste Woche bekommt – und das ist wirklich neu –, eine nette Analogie überlegt, die die gesamte Kritik so erzählt, dass man dafür weder Klimaphysiker noch Mathematiker sein muss: Der König und die Badewanne. Die Geschichte ist bewusst zugespitzt. Sie soll zeigen, warum die Konstruktion des Verfahrens bestimmte Fehlzuordnungen begünstigen kann.“
Der König und die Badewanne
Es war einmal ein König, der sehr gern badete. Aber nicht im eigenen Dreck, so wie sein Schatzkanzler, sondern stets mit genügend Frischwasserzufluss. Dafür hatte man hoch oben am Berg eine kräftige Quelle angezapft. Das Bergwasser floss Tag und Nacht durch eine fest verlegte Leitung zum Schloss und wurde auf dem Weg ins Badezimmer durch mehrere Heizspiralen auf angenehme 35 Grad beheizt. Von dort strömte es durch einen prächtigen Wasserhahn in die königliche Badewanne. Damit die Heizspulen nicht überhitzten – Regelkreise sind schwer zu konstruieren, sagten die königlichen Ingenieure –, ließ man das Wasser einfach konstant durchlaufen, beschränkt nur durch den Rohrdurchmesser. Der Abfluss war bei der Errichtung der Wanne genau darauf abgestimmt worden und ließ im selben Zeitraum genauso viel Wasser wieder hinaus. Der Wasserstand änderte sich nicht. Alles war im Gleichgewicht, und der König konnte in Ruhe baden.
Allerdings gab es da diesen kleinen blauen Kobold. Niemand wusste genau, woher er kam, und eigentlich hätte ihn der königliche Jäger schon längst aus dem Schloss treten sollen. Deshalb zeigte er sich nie lange. Er kannte die Wachpläne inzwischen besser als die Wachen selbst und tauchte immer nur dann am Beckenrand auf, wenn gerade niemand hinsah – nachts, hinter dem Vorhang oder vorzugsweise in genau den drei Minuten, in denen die Schlosswache zum Wasserabschlagen in die Fichtenschonung verschwunden war. Unter seinem Arm trug der Kobold einen dünnen grünen Schlauch. Damit ließ er rasch ein wenig zusätzliches Wasser in die Wanne laufen und verschwand wieder. Nie besonders viel auf einmal und von Tag zu Tag ungefähr dieselbe kleine Menge. Aber er kam zuverlässig wieder. Jeden Tag. Und im Laufe der Jahre wurde aus dem kleinen täglichen Zusatz sogar langsam ein kleines bisschen mehr. Aus seinen vielen kurzen Besuchen entstand dadurch ein stetiger zusätzlicher Wasserzufluss, den es in der ursprünglichen Konstruktion der Badewanne nicht gegeben hatte. Und weil der normale Abfluss weiterhin nur für das unveränderliche Bergwasser ausgelegt war, begann der Wasserspiegel allmählich zu steigen. Der König bemerkte das – und bekam zunehmend Angst um seine königlichen Eichendielen, die er dummerweise auch im Badezimmer hatte verlegen lassen.
Also rief er die besten Badewannenforscher des Reiches zusammen. Sie sollten herausfinden, wie man das Wirken des Kobolds ins Leere laufen lassen könne. Der Anstieg des Wasserspiegels durch den Kobold sollte möglichst auf 1,5 Zentimeter begrenzt werden. Die Forscher machten sich sogleich an die Arbeit – und vereinfachten als Erstes die Problematik maßgeblich. Der stetige Grundzufluss aus der Bergquelle und der darauf abgestimmte normale Abfluss waren für die zusätzliche Koboldfrage uninteressant. Im Ausgangszustand flossen beispielsweise hundert Liter pro Minute hinein und genau hundert Liter wieder hinaus. Für die Veränderung des Wasserstands ergab das – wegen Hundert minus hundert ist null – netto null. Also strichen die Forscher diese beiden gleich großen Grundströme aus ihrer weiteren Rechnung und setzten den ursprünglichen Gleichgewichtszustand einfach auf null. So konnten sich die Forscher fortan ganz auf den zusätzlichen Koboldstrom und die dadurch hervorgerufene Erhöhung des Wasserspiegels konzentrieren.
Damit hatten die Forscher ihre Aufgabe auf zwei Größen reduziert: den zusätzlichen Wasserstrom des Kobolds und die dadurch verursachte Erhöhung des Wasserspiegels. Oder wie der Forscher ohne Zähne fragte: „Fie ftark ift der Fafferfluff?“ Den zusätzlichen Zustrom bezeichneten sie deshalb mit dem Buchstaben F. Die Erhöhung des Wasserstands gegenüber dem ursprünglichen Gleichgewicht nannten sie T. Wahrscheinlich war gerade Tante Tessa im Raum und bestand darauf. Aus der komplizierten königlichen Badewanne war damit zunächst eine erstaunlich einfache Fragestellung geworden: F kam zusätzlich hinein und T zeigte, wie stark der Wasserspiegel darauf reagierte. Nun fehlte nur noch eine Gegenreaktion. Denn wenn der Wasserstand nicht immer weiter steigen sollte, musste irgendwo auf das zusätzliche Koboldwasser reagiert werden.
Als Erstes überlegte man natürlich, den Zulauf zu reduzieren. Zum Beispiel durch einen Wasserhahn. Aber das scheiterte gleich aus drei Gründen. Erstens würde das Wasser dadurch zu heiß werden: Die Heizspiralen lieferten weiterhin dieselbe Energie, nun aber an weniger Wasser. Zweitens ließ sich frisches Bergquellwasser nicht beliebig zähmen. Die Quellfassung war darauf ausgelegt, den stetigen Strom abzunehmen. Drosselte man die Leitung, staute sich das Wasser zurück und trat irgendwann an anderer Stelle aus. Dann lief nicht mehr die Badewanne über, sondern der Berghang wurde nass – mit möglichen Murenabgängen genau oberhalb des königlichen Schlosses. Das erschien selbst den Badewannenforschern etwas zu riskant. Und drittens hatte der König die aufwändige Leitung schließlich nicht deshalb legen lassen, damit ihm die Wissenschaftler wegen irgendeines Kobolds weniger Frischwasser zum Baden lieferten. Die Forscher entschieden sich deshalb für die naheliegendere Lösung: Der gewünschte Grundzufluss blieb unangetastet, und die zusätzliche Wassermenge sollte auf der Abflussseite verschwinden.
Nun hätte man den vorhandenen Abfluss einfach etwas weiter öffnen können. Auch das scheiterte an einer sehr profanen Sache: Mehr ging nicht. Rohrdurchmesser, Leitungsquerschnitt und Ablaufleistung waren einst genau auf den normalen Bergwasserstrom ausgelegt worden. Die alte Installation besaß praktisch keine Reserve. Wenn der Kobold dauerhaft zusätzliches Wasser lieferte und sein dünner Strahl über die Jahre sogar langsam stärker wurde, musste der König seine kostbaren Eichendielen ohnehin aufreißen und den gesamten Abfluss neu legen lassen. Und wenn man schon einmal dabei war, wollten die Forscher es gleich nachhaltig machen. Statt eines nur etwas größeren Abflussrohres ließen sie ein grotesk überdimensioniertes Rohr einbauen – eher ein Ofenrohr als einen Badewannenabfluss. Kapazität sollte künftig kein Problem mehr sein. Vollständig offen durfte dieses Ofenrohr natürlich niemals stehen, sonst wäre die Wanne leer gewesen, bevor der König seinen Badeschwamm gefunden hätte. Also bekam es eine bewegliche Stellklappe. Beim ursprünglichen Wasserstand sollte sie genau so weit geöffnet sein, dass weiterhin nur der normale Grundstrom hinauslief. Stieg der Wasserspiegel, sollte sie sich weiter öffnen und zusätzlichen Abfluss freigeben. Sank der Wasserspiegel wieder, sollte sie schließen. Das riesige Rohr stellte damit lediglich die Reservekapazität bereit. Die eigentliche wissenschaftliche Aufgabe war eine andere geworden: Wie stark sollte die Stellklappe auf eine bestimmte Erhöhung des Wasserstands reagieren?
Eine scheinbar geniale Idee
Und diese Regelung schien noch einen gewaltigen Vorteil zu besitzen: Sie konnte auf praktisch jedes Sonderereignis reagieren. Wenn der König mit seinem inzwischen beträchtlichen königlichen Leib in die Wanne stieg, sprang der Wasserspiegel nach oben. Die Stellklappe musste dann sofort weiter öffnen und überschüssiges Wasser abführen. Stieg der König später wieder aus der Wanne, fiel der Spiegel; die Klappe musste sich wieder schließen, damit der stetige Bergwasserzufluss den alten Wasserstand herstellen konnte. Dasselbe Prinzip sollte auch bei einem plötzlich stärkeren Koboldstrom oder anderen Störungen funktionieren. Das Faszinierende daran war: Der Regler musste überhaupt nicht wissen, was geschehen war. Er musste den Kobold nicht erkennen, den König nicht wiegen und keine Ursache diagnostizieren. Er sah nur den Wasserstand. Zu hoch bedeutete: weiter auf. Zu niedrig bedeutete: weiter zu. Für eine Regelung war diese Ursachenblindheit geradezu ein Vorteil. Ein einziges Prinzip sollte langsame Veränderungen und plötzliche Ereignisse gleichermaßen auffangen. Eine geniale Lösung. Nun musste man nur noch festlegen, wie kräftig die Stellklappe auf einen zusätzlichen Zentimeter Wasserstand reagieren sollte. Und genau an dieser Stelle begann die eigentliche Wissenschaft.
Eigentlich war der Zusammenhang zunächst gut berechenbar. Der königliche Feinmechaniker konnte ziemlich genau bestimmen, wie weit sich die Stellklappe bei einem bestimmten Anstieg des Wassers öffnete und wie viel Wasser bei diesem Öffnungswinkel zusätzlich abfließen sollte. Stieg das Wasser um einen Zentimeter, bewegte der Mechanismus die Klappe um einen bestimmten Winkel; daraus ergab sich eine zusätzliche Ablaufmenge. Zwei Zentimeter bedeuteten mehr Öffnung und entsprechend mehr Abfluss. Das war die einfache, berechenbare Grundreaktion der Badewanne: höherer Wasserstand, größerer Ausschlag, weitere Öffnung, mehr Wasser hinaus. An dieser Mechanik war zunächst wenig geheimnisvoll. Daher beschlossen die Forscher: Warum sollte sich die Wissenschaft mit Hebeln, Federn, Klappenwinkeln und Rohrquerschnitten beschäftigen? Dafür gab es schließlich Handwerker. Der Feinmechaniker hatte seine Ausbildung nicht umsonst gemacht. Die Wissenschaft musste das Prinzip erkennen, die entscheidende Größe bestimmen und ihm anschließend sagen, welche Leistung seine Konstruktion zu erfüllen hatte. Wie er das technisch hinbekam, war sein Problem. Wissenschaft war schließlich für die großen Zusammenhänge zuständig – nicht für Schrauben.
Also beschlossen die Forscher, die gesamte gewünschte Reaktion der Badewanne auf eine einzige technische Kennzahl zu reduzieren. Eine Art DIN-Kennwert für königliche Badewannen. Die Frage lautete nun nicht mehr: Wie weit muss sich bei 1,3 Zentimetern zusätzlichem Wasser die Klappe öffnen, welche Feder braucht man dafür und wie verändert sich der Durchfluss bei 1,7 Zentimetern? Die Frage lautete viel eleganter: Wie viel zusätzlichen Abfluss soll jeder zusätzliche Zentimeter Wasserstand erzeugen? Wenn bei einem Zentimeter höherem Wasserstand beispielsweise zwei Liter pro Minute zusätzlich durch den Ablauf verschwinden sollten, dann bekam die Badewanne eben den Kennwert „zwei Liter pro Minute und Zentimeter“. Der Feinmechaniker erhielt nur noch die Vorgabe: Ein Zentimeter mehr Wasser – zwei Liter mehr hinaus. Ob der Feinmechaniker dafür albernes Schraubendrehergefuchtel betrieb, kindische Hebelkonstruktionen ersann oder drei Federn ineinanderhakte, konnte den Forschern gleichgültig sein. Dafür war schließlich das Handwerk zuständig. Fertig. Aus einer komplizierten Regelmechanik war eine einzige Reaktionszahl geworden: Wie kräftig reagiert die Wanne auf einen höheren Wasserstand? Diese Reaktionszahl nannten die Forscher α – und genau diese Zahl sollte später im Nenner der Vorhersageformel stehen. Eine Badewanne, ein Sollwert und ein Feinmechaniker, der sich um die lästigen Einzelheiten kümmerte. Wissenschaft™. Großartig. Genial!
War α groß, reagierte die Badewanne kräftig: Schon ein kleiner Anstieg des Wasserspiegels erzeugte viel zusätzlichen Abfluss. War α klein, musste das Wasser deutlich höher steigen, bis der Koboldstrom ausgeglichen war. Im neuen Gleichgewicht galt deshalb schlicht F = αT – der zusätzliche Zustrom entsprach der Reaktionszahl mal der zusätzlichen Wasserhöhe. Daraus folgte sofort T = F / α. Man musste also nur noch wissen, wie viel Wasser der Kobold zusätzlich brachte und welchen α-Wert die Badewanne besaß – und schon ließ sich ausrechnen, wie hoch der Wasserspiegel steigen würde. Das war die eigentliche Schönheit der Idee. Eine komplizierte Regelmechanik, unzählige Bauteile und zahllose mögliche Konstruktionen wurden auf eine einzige Zahl reduziert. Großes α: starke Reaktion, kleiner Wasseranstieg. Kleines α: schwache Reaktion, großer Wasseranstieg. Verschiedene Badewannen ließen sich damit auf einen Blick vergleichen, der Feinmechaniker bekam einen Sollwert und die Wissenschaft musste sich um den Rest nicht kümmern. Mathematiker nannten so etwas eine Steigung. Der König nannte es einfach genial. Eine Badewanne. Eine Zahl. Eine Gleichung. Großartig.
Natürlich wollte der König nicht jedes neue Experiment an seiner echten Badewanne durchführen lassen. Jedes Mal die Eichendielen aufzureißen, andere Federn einzubauen oder einen stärkeren Kobold zu bestellen, erschien selbst den Badewannenforschern etwas aufwendig. Also bauten sie sich zusätzlich eine Modellbadewanne. Nicht unbedingt aus Porzellan – zunächst genügte eine mathematische Badewanne auf dem Papier. In diese Modellwanne konnte man einen beliebigen Koboldstrom F hineinschicken, ihr eine Reaktionszahl α geben und anschließend ausrechnen, welchen Wasserstand T sie erreichen würde. Der entscheidende Unterschied zur wirklichen Badewanne war damit klar: Dort konnte man den Wasserstand beobachten. In der Modellbadewanne wurde er berechnet.
Das war außerordentlich praktisch. Wollte der König wissen, was bei einem doppelt so starken Kobold geschehen würde, musste niemand einen zweiten Kobold fangen. Die Forscher verdoppelten einfach F. Wollten sie eine kräftiger reagierende Badewanne untersuchen, änderten sie α. Und schon lieferte das Modell einen neuen Wasserstand T. Auf diese Weise konnten sie ganze Tabellen möglicher Zukünfte erzeugen, ohne dass auch nur ein Tropfen echtes Wasser fließen musste. F und α gingen vorne hinein, T kam hinten heraus. Die Modellbadewanne wurde damit zum theoretischen Zwilling der wirklichen Wanne – jedenfalls glaubten die Forscher das.
Das Modell wird laufend verfeinert
Leider bestand die wirkliche königliche Badewanne – im Gegensatz zur stets korrekt sauberen Modellbadewanne – nicht nur aus Feinmechanik und sauberem Wasser. Im Badewasser befand sich schließlich immer auch ein wenig König – Haare, Hautschuppen und Flusen aus dem Bademantel –, dazu Seife, Badeöl, Essensreste und Kalk. Auch die Mechanik selbst blieb nicht unverändert: Federn leierten aus, Verschmutzungen wurden freigespült, ein Siphoneffekt konnte plötzlich einsetzen und selbst das Strömungsverhalten hing vom jeweiligen Zustand des Ablaufs ab. Die einfache Grundreaktion – höherer Wasserstand, weitere Klappenöffnung, mehr Abfluss – blieb zwar bestehen. Aber darüber legte sich nun ein ganzes Bündel weiterer Einflüsse. Manche schwächten die erwartete Reaktion, andere verstärkten sie; manche wirkten langsam, andere plötzlich oder nur unter bestimmten Bedingungen. Der Feinmechaniker konnte also den Öffnungswinkel genau kennen – wie viel Wasser tatsächlich hinausfloss, wusste er deshalb noch lange nicht.
Nun standen die Forscher vor einer Entscheidung. Sie konnten all diese Vorgänge in der wirklichen Badewanne fortlaufend beobachten – oder sie konnten versuchen, ihre Modellbadewanne entsprechend zu verbessern. Natürlich entschieden sie sich für Letzteres, denn schließlich hatten sie gerade ein wunderbar einfaches Modell erfunden. Und schließlich schienen viele dieser Störungen keinen dauerhaften Trend zu besitzen. Der König verlor eine Zeitlang mehr Haare und später wieder weniger. Mal aß er beim Baden viel, dann verordneten ihm die Leibärzte eine Diät. Seife wechselte mit Badeöl, Kalk setzte sich an und wurde wieder entfernt. Im Großen und Ganzen, so sagten sich die Forscher, schwankte das alles doch nur um einen einigermaßen stabilen Zustand. Mal nach oben, mal nach unten – über längere Zeit würde sich vieles schon irgendwie ausgleichen. Wozu also jeden einzelnen Ausschlag verfolgen, wenn man stattdessen seine typische Wirkung bestimmen konnte?
Genau das taten sie. Jeder Einfluss bekam einen repräsentativen Zahlenwert: So stark wirkten Haare typischerweise, so stark Kalk, Feder oder Siphon. Und nun zeigte sich erneut die Schönheit von α: All diese völlig verschiedenen Vorgänge ließen sich in dieselbe Einheit übersetzen – zusätzliche oder fehlende Liter pro Minute und Zentimeter Wasserstand. Danach brauchte jeder Wert nur noch ein Vorzeichen. Haare minus, Kalk minus, Feder plus, Siphon plus. Dann wurde addiert. Die einzelnen Beiträge wurden einfach zur gut bekannten mechanischen Grundreaktion hinzugezählt oder von ihr abgezogen, und was am Ende übrigblieb, war das wirksame α der wirklichen Badewanne. Aus einem komplizierten System war eine Rechenliste geworden. Großartig.
Besonders praktisch war, dass sich dieses Verfahren nicht einmal auf den Ablauf beschränken musste. Denn auch der Zufluss war in Wirklichkeit nicht vollkommen konstant. Nach starken Regenfällen oder während der Schneeschmelze führte die Bergquelle etwas mehr Wasser, in trockenen Zeiten etwas weniger. Der Perlator konnte verkalken und später wieder freigespült werden. Eigentlich waren das eindeutig Veränderungen des Zuflusses. Sobald die Forscher solche Veränderungen jedoch mit dem Wasserstand in Beziehung setzten, ließen auch sie sich in dieselbe praktische Einheit übersetzen: Liter pro Minute und Zentimeter Wasserstand. Selbst Sonderereignisse wie der König, der sich in die Wanne setzte und den Wasserspiegel schlagartig anhob, erschienen dem Regler nur noch als weitere Veränderung, auf die er reagieren musste. Ob sich die Nettobilanz änderte, weil mehr Wasser hineinkam, weniger hinausging oder der Wasserstand aus einem ganz anderen Grund sprang, war für die Regelung selbst nicht entscheidend. Entscheidend war nur die beobachtete Reaktion des Systems auf den Wasserstand. Aus einer Reaktionszahl des Abflusses wurde so allmählich eine Reaktionszahl der gesamten Badewanne.
Das war fantastisch. Die Forscher mussten die zahllosen Vorgänge nun nicht mehr als getrennte Geschichten verfolgen. Der große Zu- und Abfluss waren zu Beginn bereits auf null gesetzt worden; ihre kleineren Veränderungen, die Mechanik und weitere Einflüsse ließen sich nun ebenfalls in dieselbe Einheit übersetzen und additiv verrechnen. Aus zwei realen Strömen und einer Vielzahl wechselnder Prozesse entstand damit eine einzige Nettoreaktion pro Zentimeter Wasserstand. Statt eines komplizierten Systems aus Quelle, Zulauf, Ablauf, König, Kalk und Mechanik gab es nun einen Kennwert. Eine Badewanne. Ein α. Eine Norm. Großartig.
Der Realitätsschock setzt ein
Und genau da begannen die Probleme.
Denn die Dinge, die die Forscher so bequem addierten, verhielten sich in der wirklichen Badewanne überhaupt nicht unabhängig voneinander. Haare behinderten den Ablauf je nach verwendeter Seife unterschiedlich stark; Essensreste klebten daran fest und bildeten Pfropfen, die wiederum das Strömungsbild veränderten. Dadurch konnte der Siphoneffekt später einsetzen – und wenn er schließlich einsetzte, riss er manchmal Haare, Seife und Essensreste gemeinsam aus dem Rohr und erhöhte den Abfluss schlagartig. Dasselbe galt für die einzelnen Größen selbst. Fünf Gramm Haare irgendwo in der Wanne waren nahezu bedeutungslos; dieselben fünf Gramm unmittelbar vor dem Ablauf konnten ihn fast blockieren. Es kam also nicht nur darauf an, wie viel von etwas vorhanden war, sondern wo, in welchem Zustand und zusammen mit was. Selbst die Art der königlichen Haare spielte eine Rolle. Die Wirkung eines einzelnen Faktors war keine feste Eigenschaft dieses Faktors. Sie entstand erst aus seinem jeweiligen Umfeld.
Genau das war für die Reaktionszahl verheerend. Die Forscher hatten ein räumlich veränderliches, nichtlineares und eng gekoppeltes System genommen, seine Prozesse künstlich voneinander getrennt, jedem einen eigenen Punktwert gegeben und diese Werte anschließend addiert. Sie machten die Badewanne berechenbar, indem sie zunächst einen Teil dessen entfernten, was die Badewanne physikalisch ausmachte. Haare bekamen einen Wert, obwohl ihre Wirkung von Seife und Lage abhing. Seife bekam einen Wert, obwohl ihre Wirkung von Haaren und Essensresten abhing. Der Siphon bekam einen Wert, obwohl sein Verhalten vom gesamten vorherigen Zustand des Abflusses abhing. Anschließend wurden diese vermeintlich eigenständigen Größen schlicht addiert, ohne ihre gegenseitigen Wechselwirkungen ausdrücklich zu berücksichtigen. Dabei konnten solche Interaktionen die Einzelwirkungen verstärken, abschwächen oder sogar verändern. Ein einziger globaler Faktor konnte diese Zusammenhänge nicht bewahren. α war nicht mehr die Beschreibung der Mechanik. α war der Rest, der übrigblieb, nachdem man die Mechanik in einzelne Zahlen zerlegt und anschließend wieder zusammengerechnet hatte.
Und selbst diese Einzelzahlen waren keineswegs sicher. Einige waren grob geschätzt, andere nur unter bestimmten Bedingungen bestimmt worden, wieder andere änderten ihre Wirkung mit dem Zustand des Systems. Damit addierten die Forscher nicht nur voneinander abhängige Größen, sondern unsichere Schätzungen voneinander abhängiger Größen. Aus der vergleichsweise gut verstandenen mechanischen Grundreaktion entstand durch Addition und Subtraktion mehrerer solcher Beiträge ein deutlich kleinerer Nettofaktor. Gerade weil sich positive und negative Beiträge teilweise aufhoben, konnte der verbleibende Rest wesentlich empfindlicher sein als jeder einzelne große Ausgangswert. Je mehr komplizierte Wirklichkeit in α hineingepackt wurde, desto weniger offensichtlich war schließlich, was dieser Wert physikalisch noch bedeutete.
Und ausgerechnet dieser Rest wurde nun zur entscheidenden Zahl der gesamten Vorhersage:
T = F / α
War eine der abschwächenden Rückwirkungen zu groß angesetzt, wurde α zu klein. Und je kleiner der Nenner wurde, desto stärker wirkte sich jeder weitere Fehler auf das Ergebnis aus. Halbierte sich α, verdoppelte sich bei gleichem Koboldstrom F der vorhergesagte Wasseranstieg. Wurde α noch kleiner, wuchs T entsprechend immer stärker. Ein Schätzfehler, der gegenüber der ursprünglichen mechanischen Grundreaktion noch bescheiden aussah, konnte gegenüber dem kleinen verbleibenden Netto-α plötzlich gewaltig werden. Die Forscher hatten damit einen empfindlichen Restwert in den Nenner gestellt. Und je kleiner sie α rechneten, desto größer wurde nicht nur der vorhergesagte Wasserstand – desto empfindlicher wurde auch die gesamte Vorhersage gegenüber jedem weiteren Fehler in α.
Trotzdem zogen die Badewannenforscher daraus nicht den Schluss, das Konzept grundsätzlich zu überprüfen. Sie taten, was Menschen gerne tun, wenn sie sehr lange mit derselben Methode gearbeitet haben: Sie verbesserten die Methode. Neue Arbeitsgruppen untersuchten Haare. Andere Seife. Wieder andere Kalk, Federn und Strömungseffekte. Für jede Abweichung entstand ein neuer Parameter, für erkannte Wechselwirkungen eine zusätzliche Korrektur und für jede Korrektur irgendwann eine Veröffentlichung. Die Rechnungen wurden immer aufwendiger, die Reaktionszahl immer ausgefeilter – aber die Grundidee blieb unangetastet: Am Ende musste aus allem wieder ein α werden. Genau darin lag das eigentliche Problem. Nicht darin, dass α noch nicht präzise genug bestimmt war, sondern in der Annahme, dass sich ein räumlich veränderliches, gekoppeltes System für die Ursachenanalyse sinnvoll auf eine einzige additive Nettoreaktion reduzieren ließ.
Das Blöde daran war: Die Grundidee ließ sich hervorragend kommunizieren. Der König verstand sie sofort. Großes α: kräftige Gegenreaktion, kleiner Wasseranstieg. Kleines α: schwache Gegenreaktion, großer Wasseranstieg. Man konnte Tabellen erstellen, Badewannen vergleichen und sogar ausrechnen, wie hoch das Wasser bei einem doppelt so starken Kobold steigen würde. Und je länger man mit dieser Zahl arbeitete, desto selbstverständlicher wurde ihre Existenz. Die Frage lautete irgendwann nicht mehr, ob α die richtige Beschreibung des Problems war, sondern nur noch, wie groß α wirklich war. Man musste eben noch genauer messen, noch besser modellieren, noch ein paar Wechselwirkungen berücksichtigen. Irgendwann würde man die richtige Zahl schon finden. „Also Majestät, fördern Sie unsere Forschung gerne weiter mit den gewohnten Millionenbeträgen.“
Da reichte es dem König. Er beauftragte eine zweite Forschergruppe. Die bekam ausdrücklich nicht den Auftrag, noch ein besseres α zu berechnen. Sie sollte etwas viel Unangenehmeres tun: prüfen, ob die ganze Konstruktion für die Frage nach den Ursachen überhaupt geeignet war. Die neuen Forscher lasen die alten Arbeiten, studierten die Haar-, Seifen-, Kalk- und Siphonliteratur, sahen sich die ursprüngliche Installation an und kamen nach einiger Zeit zu einem vernichtenden Ergebnis.
Zu lange im eigenen Saft gekocht
„Ihr hattet am Anfang zwei reale Ströme: Wasser hinein und Wasser hinaus. Weil beide im Ausgangszustand gleich groß waren, habt ihr hundert minus hundert gerechnet und ihr Gleichgewicht auf null gesetzt. Bis dahin alles wunderbar. Danach habt ihr aber immer weniger danach gefragt, wie sich Zulauf und Ablauf getrennt verändern, sondern immer stärker danach, wie sich ihr gemeinsamer Nettoeffekt mit dem Wasserstand verändert. Aus zwei beobachtbaren Strömen wurde eine Reaktionszahl. Aus verschiedenen Ursachen – mehr hinein, weniger hinaus oder beides gleichzeitig – wurde dieselbe abgeleitete Größe.“
Die Forscher schauten etwas betreten.
„Und dann habt ihr ausgerechnet einen Regler zum Mittelpunkt eurer Erklärung gemacht, den ihr ursprünglich deshalb so großartig fandet, weil er die Ursache einer Wasserstandsänderung gar nicht kennen musste. Der König steigt ein? Regler auf. Der Kobold gießt mehr hinein? Regler auf. Der Zufluss steigt? Regler auf. Der Ablauf verstopft? Regler auf. Für eine tatsächliche Regelung ist das vernünftig. Für eine Ursachenanalyse ist Ursachenblindheit ein ziemlich bemerkenswerter Nachteil.“
Nun schauten die Forscher noch betretenener.
„Anschließend habt ihr Haare, Kalk, Seife, Federn, Zuflussänderungen und andere Vorgänge in dieselbe Einheit übersetzt, ihnen Punktwerte gegeben und diese trotz ihrer Wechselwirkungen additiv zu einer gemeinsamen Reaktionszahl verrechnet. Und ausgerechnet diesen empfindlichen Netto-Rest habt ihr in den Nenner der Gleichung gestellt, mit der ihr dem König seinen zukünftigen Wasserstand vorhersagt.“
„Hä?“, sagten die Badewannenforscher.
„Gut. Dann einzeln.“
Fünf Kritikpunkte an der Badewannenlehre
1. Ihr habt die Ursachen aus eurer Gleichung entfernt – und versucht sie anschließend aus dem Ergebnis zurückzugewinnen.
Euer Ausgangspunkt war korrekt: Hundert Liter hinein und hundert hinaus ergaben für die Änderung des Wasserstands netto null. Also habt ihr den gemeinsamen Grundzustand aus der Störungsrechnung entfernt. Der Fehler begann danach: Ihr habt zunehmend aufgehört, die beiden realen Ströme getrennt als mögliche Ursachen zu behandeln. Denn Bergquelle und Ablauf existierten weiter. Regen, Schneeschmelze, Leitungsdruck oder Rohrzustand konnten den Zulauf verändern; Verstopfungen oder Ablagerungen den Abfluss. Hundert minus hundert ist null – aber hundert und hundert sind deshalb nicht verschwunden.
Danach habt ihr vor allem T und die Nettoreaktion betrachtet. Mehr Wasser aus der Bergquelle, weniger durch den Ablauf, ein stärkerer Kobold oder der König in der Wanne: Für den Regler sah all das zunächst gleich aus – Wasserstand höher, Klappe auf. Für eine Regelung ist diese Ursachenblindheit geeignet. Für eine Ursachenanalyse ist sie fatal. Aus zwei realen Strömen wurde eine Nettoreaktion auf T; mehr hinein und weniger hinaus konnten denselben Wert erzeugen. Eine Regression kann diese Nettoreaktion sehr präzise bestimmen. Aber eine präzise Regression trennt noch keine Ursachen. Genau das ist der Unterschied zwischen einer guten Regelung und einer guten Ursachenanalyse.
2. Ihr habt eine wechselnde, gekoppelte Badewanne in feste Einzelwerte zerlegt und anschließend so getan, als ließe sie sich wieder zusammenaddieren.
Euer zweites Problem begann mit einer scheinbar harmlosen Annahme. Haare, Kalk, Seife, Bergquelle und andere Einflüsse schwankten; vieles zeigte keinen offensichtlichen langfristigen Trend. Also bekam jeder Einfluss eine typische Wirkung. Aus einer zeitlich wechselnden Geschichte wurde ein Punktwert. Doch kein Trend bedeutet nicht keine Wirkung: Eine Bergquelle kann jahrelang um denselben Mittelwert schwanken und gerade in entscheidenden Monaten ungewöhnlich viel Wasser liefern; dieselbe Haarmenge kann in der Wanne harmlos sein und vor dem Ablauf blockieren. Aus „schwankt um einen Mittelwert“ wurde allmählich „der Mittelwert beschreibt die Wirkung“ – und aus „kein Trend“ wurde „kein Problem“.
Noch schwerer wiegt, dass die Einzelgrößen nicht unabhängig voneinander wirkten. Haare wirkten anders mit Seife als ohne; Pfropfen veränderten das Strömungsbild; dieses wiederum den Siphon, der den Pfropfen schließlich ganz herausreißen konnte. Trotzdem bekam jede Größe einen Wert und ein Vorzeichen: Haare minus, Kalk minus, Feder plus, Siphon plus. Dann wurde addiert. Gleiche Einheit bedeutet aber nicht unabhängige Physik. Ihr habt ein gekoppeltes, teilweise nichtlineares und zustandsabhängiges System wie eine Einkaufsliste behandelt.
Genau an dieser Stelle wurde α problematisch. Nicht weil eine Nettokennzahl mathematisch verboten wäre, sondern weil ihr sie anschließend so behandelt habt, als bewahre sie die physikalische Information, die bei ihrer Konstruktion gerade entfernt worden war. Erst zerlegen, dann addieren – und daraus wieder auf das ursprüngliche gekoppelte System schließen.
3. Ihr habt aus unsicheren Korrekturen einen kleinen Rest erzeugt – und ausgerechnet diesen Rest in den Nenner gestellt.
Eure mechanische Grundreaktion war vergleichsweise klar. Höherer Wasserstand, größere Klappenöffnung, mehr Abfluss. Dann kamen die Korrekturen: Haare, Seife, Kalk, Feder, Siphon und weitere Einflüsse. Einige verstärkten die Grundreaktion, andere schwächten sie. Viele waren geschätzt. Manche waren zustandsabhängig. Einige beeinflussten sich gegenseitig. Aus diesen großen positiven und negativen Beiträgen habt ihr schließlich einen deutlich kleineren Netto-Wert α konstruiert.
Das allein wäre bereits empfindlich. Wenn sich große Zahlen teilweise gegenseitig aufheben, kann ein relativ kleiner Fehler in einem Einzelterm gegenüber dem verbleibenden Rest plötzlich groß werden. Aber ihr habt es noch schlimmer gemacht: Ihr habt diesen Rest in den Nenner gestellt.
T = F / α
Damit besitzt α eine Hebelwirkung. Wird α halbiert, verdoppelt sich bei gleichem Koboldstrom der vorhergesagte Wasseranstieg. Wird α noch kleiner, reagiert T immer empfindlicher. Innerhalb dieser linearen Gleichgewichtsbeziehung gilt sogar: Geht α gegen null, wächst T formal ohne Grenze. Mathematisch wächst der Einfluss eines Fehlers in α sogar quadratisch mit dem Kehrwert von α. Wenn mehrere abschwächende Rückwirkungen etwas zu groß geschätzt werden, wird α zu klein – und der berechnete Wasserstand deutlich zu groß. Ein Fehler, der gegenüber der ursprünglichen mechanischen Grundreaktion noch bescheiden aussieht, kann gegenüber dem kleinen Netto-α gewaltig sein.
Und F steht gleichzeitig im Zähler. Wird der Koboldstrom zu groß eingeschätzt und α zu klein, wirken beide Fehler in dieselbe Richtung. Ihr habt also zwei zentrale Schätzgrößen so in eure Endformel gestellt, dass ihre Fehler die vorhergesagte Wasserhöhe unmittelbar und gegebenenfalls gemeinsam vergrößern können. Danach sieht die Gleichung wunderbar einfach aus. Ihre Einfachheit sagt aber nichts über die Sicherheit der Größen aus, die in ihr stehen.
4. Ein richtiger Wasserstand beweist überhaupt nicht, dass eure Erklärung richtig ist.
Euer nächstes fundamentales Problem: Ihr habt eine Modellbadewanne gebaut, in der F und α den Wasserstand T erzeugten. Immer wenn die wirkliche Wanne anders reagierte, wurde die Modellwanne korrigiert. Irgendwann reproduzierte sie T ziemlich gut – und das konnte wie eine Bestätigung der Badewannenphysik aussehen. Aber ein richtiger Wasserstand zeigt noch nicht, dass die Wanne aus den richtigen Gründen dort gelandet ist.
102 Liter hinein und 101 hinaus ergeben denselben Nettoüberschuss wie 101 hinein und 100 hinaus oder 100 hinein und 99 hinaus. In allen drei Fällen kann der Wasserstand identisch reagieren. Physikalisch sind es trotzdem drei verschiedene Badewannen. Betrachtet ihr nur die Nettobilanz und T, können diese Unterschiede unsichtbar bleiben.
Dasselbe gilt für Fehlerkompensation. Ein zu groß angenommener Koboldstrom kann durch eine zu kräftig angenommene Gegenreaktion kompensiert werden. Ein Fehler am Zulauf durch einen Fehler am Ablauf. Am Ende stimmt der Wasserstand – aber aus falschen Gründen. Deshalb ist eine gute Rekonstruktion von T noch keine gute Attribution.
Aus derselben N–T-Beziehung könnt ihr eine saubere Steigung bestimmen, einen Koboldstrom schätzen und einen passenden Endwasserstand berechnen. Das zeigt zunächst nur, dass diese Größen innerhalb derselben Konstruktion zusammenpassen. Interne Konsistenz ist keine unabhängige Validierung. Wer Ursachen beansprucht, muss zusätzlich zeigen, dass die getrennten Ströme dort stattfinden, wo die Erklärung ihre Veränderung behauptet.
5. Während ihr immer raffinierter aus dem modellierten Wasserstand zurückgerechnet habt, wurden draußen Pegel- und Durchflussmesser erfunden.
Das ist der schwerwiegendste Einwand. Als eure Badewannenlehre entstand, waren die einzelnen Wasserströme nur unvollständig beobachtbar. Deshalb war es nachvollziehbar, aus Koboldstrom, Wasserstand und Reaktionszahl möglichst viel über die Wanne zu erschließen und später immer bessere Modellbadewannen zu bauen. Aber inzwischen hat sich die Beobachtungslage grundlegend verändert.
Heute können wir an der wirklichen Badewanne drei Dinge getrennt beobachten: den Wasserstand, den Zufluss aus der Bergquelle und den Abfluss. Die Modellwanne darf weiter ihre eigenen Größen berechnen – aber nun reicht ein ungefähr richtiger Wasserstand nicht mehr. Man kann zusätzlich prüfen, ob auch die Ströme stimmen, aus denen dieser Wasserstand entstanden sein soll.
Gerade die Bergquelle zeigt, warum das wichtig ist. Führt sie nach Regen oder Schneeschmelze mehr Wasser, muss zunächst nicht bekannt sein, warum. Der Durchflussmesser sagt zuerst nur: Der Zufluss ist gestiegen. Misst der Sensor am Ablauf weniger Wasser, steht ebenso zunächst fest: Der Abfluss ist gesunken. Haare, Kalk oder andere Ursachen können danach untersucht werden. Nichtwissen über die Ursache einer gemessenen Veränderung macht die Veränderung nicht ungemessen.
Damit ändert sich die Reihenfolge der Ursachenanalyse. Früher musste aus dem Wasserstand auf die Ströme geschlossen werden. Heute kann zuerst festgestellt werden, welcher reale Strom sich verändert hat, und erst danach warum. Mehr hinein und weniger hinaus können denselben Wasserstand erzeugen; zwei Durchflussmesser machen daraus wieder zwei unterscheidbare Geschichten.
Auch die Modellbadewanne lässt sich damit härter prüfen: Stimmt T? Stimmt der Zufluss? Stimmt der Abfluss? Zwei Fehler können sich in der Nettobilanz kompensieren und trotzdem einen überzeugenden Wasserstand erzeugen. Ein Modell, das T trifft, aber die Ströme falsch zusammensetzt, hat die Wanne nicht richtig erklärt – aber heute ist man in der Lage, das schnell zu erkennen.
Die Regelung selbst darf weiterhin ursachenblind funktionieren: Wasser zu hoch, Klappe weiter auf; Wasser zu niedrig, Klappe weiter zu. Aber die Wissenschaft darf nicht ebenfalls ursachenblind bleiben. Pegel- und Durchflusssensoren können parallel zeigen, was tatsächlich durch die Leitungen fließt und ob die behauptete Erklärung dazu passt. Warum sollte also genügen, dass eine Modellbadewanne den richtigen Wasserstand erzeugt, wenn die wirkliche Badewanne inzwischen selbst Auskunft über Zu- und Abfluss gibt? Die Beobachtungslage hat sich verändert. Die Methode hat sich nicht im gleichen Maße mitverändert.
Seit einigen Jahren besitzt die alte Badewannenlehre einen unabhängigen Prüfstein. Es reicht nicht mehr, dass F, α und T innerhalb ihrer eigenen Konstruktion zusammenpassen. Jetzt müssen auch die realen Ströme stimmen. Die Reihenfolge ist schlicht: Erst Wasserstand, Zufluss und Abfluss messen. Dann feststellen, welcher Strom sich verändert hat. Und erst danach die Ursache suchen. Ihr habt es jahrzehntelang andersherum versucht.
Was die Badewanne mit dem IPCC zu tun hat
Die Badewannengeschichte ist natürlich eine Zuspitzung. Sie zielt aber auf einen sehr konkreten mathematischen Kern des globalen Forcing-Feedback-Frameworks, wie er auch im AR6 verwendet wird:
N = F − αΔT
Dabei ist N das verbleibende Energieungleichgewicht des Klimasystems, F der zusätzliche Strahlungsantrieb, ΔT die Temperaturänderung und α die zusammengefasste radiative Gegenreaktion pro Kelvin Erwärmung. (Wichtige Anmerkung: Der AR6 verwendet für α häufig die umgekehrte Vorzeichenkonvention. Hier wird α positiv als stabilisierende Gegenreaktion definiert. Physikalisch ist es dieselbe Beziehung.)
Die Übersetzung unserer Geschichte ist damit ziemlich direkt. Der Wasserstand steht für die Temperatur T. Der große Wasserhahn steht für die absorbierte Sonnenstrahlung ASR, also die Energie, die das Erdsystem tatsächlich aufnimmt. Der große Abfluss steht für die ausgehende langwellige Wärmestrahlung OLR. Die Differenz zwischen beiden ist N, die Earth Energy Imbalance. Der Koboldschlauch F steht für einen zusätzlichen Strahlungsantrieb, insbesondere CO2. Physikalisch gießt CO2 natürlich keine Sonnenenergie in das Klimasystem; es vermindert zunächst die effektive langwellige Energieabgabe. In der Bilanz des IPCC wird diese Wirkung jedoch als positiver zusätzlicher Nettoantrieb F dargestellt. Genau deshalb funktioniert der kleine Zusatzschlauch als Bild.
Die einfache Mechanik des neuen Abflusses entspricht der Planck-Reaktion. Wird die Erde wärmer, nimmt ihre thermische Abstrahlung zu. Das ist die robuste Grundgegenreaktion des Systems. Haare, Seife, Kalk, Feder und Siphon stehen dagegen für jene Prozesse, welche diese Grundreaktion verändern: Wasserdampf, vertikale Temperaturstruktur, Wolken, Albedo und weitere Rückkopplungen. Die Analogie ist dabei bewusst funktional und nicht wörtlich. Entscheidend ist nur: Manche Prozesse schwächen die stabilisierende Planck-Reaktion, manche verstärken sie, manche wirken vor allem auf der kurzwelligen Seite, andere auf der langwelligen und manche auf beiden. Im Forcing-Feedback-Rahmen werden ihre Wirkungen schließlich in W/m2/K übersetzt und zu einer effektiven Netto-Reaktion zusammengeführt.
Und damit wird auch klar, was unsere Reaktionszahl α in Wirklichkeit ist. Sie ist nicht einfach „der Abfluss“. Sie beschreibt, um wie viel sich die Netto-Strahlungsbilanz des Klimasystems pro Kelvin Temperaturänderung verändert.
Wie diese Denkweise entstand
Historisch ist dieser Weg zunächst gut nachvollziehbar. Als in den 1960er-Jahren wesentliche Grundlagen der modernen Klimamodellierung entwickelt wurden, standen noch keine jahrzehntelangen globalen Satellitenmessungen der absorbierten Sonnenstrahlung und der ausgehenden Wärmestrahlung zur Verfügung. Die Reaktion des Klimasystems musste deshalb weitgehend aus Strahlungsphysik, theoretischen Überlegungen, Modellen und vergleichsweise wenigen Beobachtungen erschlossen werden. Bereits Manabe und Wetherald (1967) zeigten, dass die Temperaturreaktion wesentlich davon abhängt, wie sich der Wasserdampf mit der Erwärmung verändert. Bei annähernd konstanter relativer Feuchte verstärkte der zusätzlich vorhandene Wasserdampf die ursprüngliche Reaktion. Damit war ein Grundprinzip etabliert, das später für die gesamte Feedbackbetrachtung entscheidend werden sollte: Eine anfängliche Temperaturänderung konnte weitere Strahlungsänderungen hervorrufen, die wiederum auf die Temperatur zurückwirkten.
Kurz darauf wurde deutlich, dass solche Rückwirkungen keineswegs nur auf der Seite der ausgehenden Wärmestrahlung stattfinden mussten. Bei Budyko (1969) wurde beispielsweise die planetare Albedo zu einem zentralen Bestandteil der Betrachtung. Verschwinden Schnee oder Eis, wird weniger Sonnenstrahlung reflektiert und mehr Energie absorbiert. In der Badewannengeschichte wäre dies eindeutig eine Veränderung des Zulaufs. Trotzdem lässt sich auch ein solcher Vorgang als temperaturabhängige Rückkopplung des Gesamtsystems beschreiben. Damit war bereits früh der entscheidende Schritt angelegt: Physikalisch sehr unterschiedliche Veränderungen auf der kurzwelligen und langwelligen Seite konnten in einer gemeinsamen Beschreibung der Reaktion des Klimas auf Temperaturänderungen zusammengeführt werden.
Unter den damaligen Bedingungen war diese Abstraktion ausgesprochen nützlich. Wenn die großen globalen Energieströme nicht fortlaufend direkt beobachtet werden konnten, musste gefragt werden, wie sich ihre Nettowirkung mit der Temperatur verändert. Wasserdampf, Temperaturprofil, Albedo, Wolken und die grundlegende Planck-Reaktion wurden deshalb zunehmend als Bestandteile einer gemeinsamen Rückkopplungsbetrachtung behandelt. In den Arbeiten von Hansen et al. (1984) wurde diese Denkweise weiter systematisiert. Zu diesem Zeitpunkt war die Erde allerdings nicht mehr völlig ohne „Durchflussmesser“. Mit Nimbus-6 lagen seit 1975 und mit Nimbus-7 seit 1978 bereits satellitengestützte Messungen der globalen Strahlungsbilanz vor. Gemessen wurden absorbierte kurzwellige Strahlung, ausgehende langwellige Strahlung und Nettostrahlung. Solche Daten hätten grundsätzlich zur Überprüfung des gegenwärtigen Strahlungshaushalts und damit auch zur Konfiguration und Validierung von Klimamodellen herangezogen werden können. Für eine langfristige empirische Bestimmung der Klimasensitivität waren sie 1984 jedoch noch kaum geeignet. Die Reihen waren erst wenige Jahre lang, unterschiedliche Messverfahren lieferten noch erhebliche Abweichungen in den absoluten Strahlungsflüssen, und Kalibrierung, räumliche Abtastung sowie die Umrechnung gemessener Strahldichten in globale Flüsse waren selbst Gegenstand intensiver Forschung (Arking & Vemury, 1984; Jacobowitz et al., 1984). Das wesentlich verbesserte multisatellitengestützte ERBE-System wurde sogar erst 1984 gestartet.
Für die Fragestellung von Hansen et al. (1984) war deshalb weiterhin ein modellbasierter Ansatz naheliegend. Untersucht wurden unter anderem eine CO2-Verdopplung und eine Änderung der Solarstrahlung im dreidimensionalen Klimamodell, die Bedingungen der letzten Eiszeit sowie eine empirische Abschätzung aus Temperatur- und Treibhausgasänderungen seit 1850. Eine erst wenige Jahre lange Satellitenreihe konnte keine dieser Fragen unmittelbar beantworten. Bemerkenswert ist allerdings, dass damit die bereits etablierte Forcing-Feedback-Logik weiter ausgebaut wurde: Wasserdampf, Wolken sowie Schnee und Eis wurden als Rückkopplungen des Modells analysiert und daraus eine Klimasensitivität abgeleitet. Hansen et al. bezeichneten gerade die Wolkenrückkopplung als wesentliche Unsicherheitsquelle und verwiesen selbst auf die Notwendigkeit einer genaueren globalen Wolkenbeobachtung. Die damalige Entscheidung zugunsten der Modellierung war daher wissenschaftlich gut begründbar. Noch.
In den folgenden Jahrzehnten wurde dieses Ordnungsprinzip nicht aufgegeben, sondern immer weiter verbessert. Die Berechnung des Strahlungsantriebs wurde genauer, Strahlungstransfermodelle wurden leistungsfähiger und die einzelnen Rückkopplungen wurden differenzierter untersucht. Myhre et al. (1998) präzisierten beispielsweise die quantitative Beschreibung des Strahlungsantriebs gut durchmischter Treibhausgase anhand mehrerer Strahlungstransfermodelle und aktualisierten die Beziehungen zwischen Treibhausgaskonzentrationen und Forcing. Damit wurde vor allem F besser bestimmt – mit der bereits berichteten Einschränkung, LBL-Rechnungen und Modellierung eines troposphärischen Adjustierungswertes auf die gleiche Beweisebene zu stellen. Die grundlegende Struktur blieb jedoch erhalten: Ein Strahlungsantrieb erzeugt eine Temperaturreaktion, während die mit der Temperatur verbundenen Veränderungen des Strahlungshaushalts über Feedbackgrößen beschrieben werden.
Die damalige Entscheidung für den modellbasierten Weg war unter den Beobachtungsbedingungen der damaligen Zeit gut begründbar. Die Frage lautet heute, ob dieselbe Verdichtung weiterhin der beste Ausgangspunkt ist, nachdem die großen Strahlungsströme getrennt beobachtbar geworden sind. Es steht hier zu vermuten: Nicht mangelndes Interesse an Messungen hielt diese Feedbacklogik am Leben. Sie hatte sich vielmehr längst zum Ordnungsprinzip der Klimaforschung entwickelt, bevor die entscheidenden globalen Strahlungsströme über längere Zeit hinreichend genau beobachtet werden konnten. Entsprechend wurden neue Beobachtungen überwiegend dazu genutzt, Antriebe genauer zu bestimmen, einzelne Rückkopplungen zu untersuchen, Modelle zu prüfen und deren Parameter einzugrenzen. Die Messungen wurden also immer besser – aber sie wurden vor allem in die bestehende Modellwelt eingeordnet. Der methodische Ausgangspunkt blieb weitgehend derselbe.
Aber gleichzeitig verbesserten sich die „Durchflussmesser“ erheblich. Globale satellitengestützte Beobachtungen des Strahlungshaushalts reichen bis in die 1970er-Jahre zurück; Nimbus-6 und Nimbus-7 erfassten bereits kurz- und langwellige Komponenten der globalen Strahlungsbilanz (Kyle et al., 1993). Mit CERES steht seit Anfang der 2000er-Jahre schließlich eine wesentlich konsistentere globale Beobachtungsbasis zur Verfügung, aus der kurzwellige, langwellige und Netto-Strahlungsflüsse am Oberrand der Atmosphäre bestimmt werden können (Loeb et al., 2018). Damit wurde erstmals über längere Zeit etwas möglich, das den frühen Entwicklern der Feedbacklogik in dieser Form nicht zur Verfügung gestanden hatte: Neben dem Wasserstand konnten nun auch die großen Zu- und Abflüsse der Badewanne beobachtet werden.
Dennoch wurde mit Gregory et al. (2004) ein methodischer Ausweg innerhalb des bereits etablierten Forcing-Feedback-Rahmens geschaffen. Statt F und α unabhängig zu messen, wurden sie aus der vom Modell selbst erzeugten Beziehung zwischen Netto-Strahlung und globaler Temperaturänderung rückdiagnostiziert. Dazu wird die modellierte Netto-Strahlungsänderung am Oberrand der Atmosphäre gegen die ebenfalls modellierte Temperaturänderung regressiert; aus Achsenabschnitt und Steigung lassen sich Strahlungsantrieb, Feedbackparameter und Gleichgewichtserwärmung ableiten. In der Sprache unserer Geschichte wird die Modellbadewanne also so ausgewertet, dass ihre eigene Reaktion wieder in F, α und T übersetzt werden kann. Die Modellantwort wurde damit nicht einer unabhängigen Messung gegenübergestellt, sondern innerhalb derselben Forcing-Feedback-Struktur neu geordnet.
Historisch liegt genau hier eine bemerkenswerte Weggabelung. 2004 war die CERES-Reihe noch zu kurz, um eine belastbare Langfristanalyse zu tragen. Mit jedem weiteren Beobachtungsjahr wurde jedoch ein zweiter Prüfweg stärker: Stimmen nicht nur modellierte Temperatur und Nettoreaktion, sondern auch die getrennten kurz- und langwelligen Strahlungsänderungen mit den Beobachtungen überein? Dieser Beobachtungsweg wurde nicht zum neuen Ausgangspunkt der Forcing-Feedback-Attribution. Stattdessen wurden die besseren Messungen überwiegend innerhalb der etablierten Sprache von Forcing, Feedback und Klimasensitivität verarbeitet. Die Modellbadewanne wurde dadurch immer ausgefeilter in die gewohnte F–α–T-Sprache zurückübersetzt; die Durchflussmessungen wurden dagegen nicht zum Ausgangspunkt einer konkurrierenden Ursachenrechnung.
Diese Kontinuität findet sich auch im AR6. Dort werden die Planck-Reaktion sowie Beiträge von Wasserdampf und vertikaler Temperaturstruktur, Oberflächenalbedo und Wolken als Bestandteile einer effektiven Klimafeedbackbetrachtung behandelt (Forster et al., 2021). Ein kurzwelliger Vorgang wie eine Albedoänderung und ein langwelliger Vorgang wie eine Veränderung des Wasserdampfs können dadurch in derselben Einheit W/m2/K als Beiträge zur gemeinsamen Nettoreaktion erscheinen. Genau dadurch entsteht die kompakte Systemgröße α – und genau dabei geht die für eine Attribution wichtigste Information verloren: Wo im realen Strahlungshaushalt hat die beobachtete Veränderung tatsächlich stattgefunden?
Eine Forcing-Feedback-Rechnung kann mathematisch konsistent sein, eine geschlossene Nettoreaktion liefern und die Temperaturentwicklung reproduzieren. Daraus folgt jedoch noch nicht, dass auch die beobachteten Veränderungen auf der kurzwelligen und langwelligen Seite in ihrer jeweiligen Größenordnung richtig zugeordnet wurden.
Mit den heutigen Beobachtungsmöglichkeiten kann und sollte deshalb eine andere Reihenfolge gewählt werden. Zunächst werden absorbierte Sonnenstrahlung und ausgehende langwellige Strahlung getrennt betrachtet (Loeb et al., 2018). Erst danach wird untersucht, welche Prozesse für ihre beobachteten Veränderungen verantwortlich sind. Wird beispielsweise ein Anstieg der absorbierten Sonnenstrahlung gemessen, ist damit dessen Ursache noch nicht geklärt. Fest steht zunächst nur: Auf der Zulaufseite hat sich die Strahlungsbilanz verändert. Ob Wolken, Albedo, Aerosole oder andere Prozesse dahinterstehen, ist eine zweite Frage.
Für die Ursachenanalyse wird das besonders problematisch. Ein globales Netto-α kann denselben Wert annehmen, obwohl sich die zugrunde liegenden Strahlungsströme völlig unterschiedlich verändert haben. Mehr absorbierte Sonnenstrahlung und weniger ausgehende Wärmestrahlung können in derselben Nettoreaktion verschwinden. α beschreibt dann einen errechneten Nettozusammenhang, nicht die physikalische Herkunft der beobachteten Energieänderung. Wer daraus anschließend wieder Ursachen ableiten will, versucht Information zurückzugewinnen, die bei der Konstruktion der Größe bereits zusammengefasst wurde.
Genau deshalb wird hier nicht versucht, noch ein besseres α zu bestimmen. Stattdessen wird die Rechnung an der Stelle neu begonnen, an der heute tatsächlich beobachtet werden kann: CERES-ASR und CERES-OLR werden zunächst getrennt als beobachtete Strahlungsbuchhaltung geführt. Erst danach wird versucht, die beobachteten Veränderungen weiter zu zerlegen und ihre Beiträge zur Temperaturentwicklung abzuschätzen. Nicht zuerst Wasserstand und Reaktionszahl und daraus rückwärts die Ströme – sondern zuerst die gemessenen Ströme und daraus vorwärts ihre Temperaturwirkung.
Fünf Kritikpunkte am Forcing-Feedback-Rahmen des IPCC
Damit lässt sich die Badewannengeschichte nahezu unmittelbar in die Sprache der Klimaphysik zurückübersetzen. Die folgenden Einwände richten sich nicht dagegen, dass globale Klimamodelle Wolken, Wasserdampf, Strahlung oder Zirkulation physikalisch berechnen. Kritisiert wird die anschließende Verdichtung dieser komplexen Systemreaktion auf die globale Struktur aus F, α und ΔT, wenn damit Ursachen quantifiziert werden sollen.
1. Aus zwei realen Strahlungsströmen wird eine Nettoreaktion – und aus dieser sollen anschließend wieder Ursachen gewonnen werden.
Die Erde besitzt zunächst eine einfache physikalische Strahlungsbilanz. Energie wird in Form absorbierter Sonnenstrahlung aufgenommen und in Form langwelliger Wärmestrahlung wieder an den Weltraum abgegeben. In einem ungestörten Gleichgewicht sind beide Größen im zeitlichen Mittel gleich groß. Für Änderungen darf dieser gemeinsame Grundzustand selbstverständlich abgezogen werden. Mathematisch ist dagegen ebenso wenig einzuwenden wie gegen hundert Liter hinein minus hundert Liter hinaus.
Problematisch wird der nächste Schritt. Im Forcing-Feedback-Rahmen wird die Änderung der Nettobilanz wesentlich durch einen Antrieb F und eine temperaturabhängige Nettoreaktion αΔT beschrieben:
N = F − αΔT
Damit wird nicht mehr primär gefragt, welcher der beiden realen Strahlungsströme sich beobachtbar verändert hat, sondern wie sich der verbleibende Nettoenergiefluss in einen Antrieb und eine temperaturabhängige Reaktion zerlegen lässt. Eine Zunahme der absorbierten Sonnenstrahlung, eine Abnahme der langwelligen Abstrahlung oder eine Kombination aus beiden können dabei dieselbe Nettobilanz N erzeugen. Für N sind diese Fälle mathematisch gleichwertig. Physikalisch sind sie es nicht.
Genau hier geht für eine Ursachenanalyse Information verloren. ASR und OLR sind zwei verschiedene Strahlungsströme mit unterschiedlichen physikalischen Entstehungswegen. Ihre Differenz ist eine wichtige Bilanzgröße, aber die Differenz enthält weniger Information als ihre beiden Bestandteile. Aus zwei realen Strömen wird eine Nettogröße. Aus dieser Nettogröße lässt sich anschließend nicht eindeutig rekonstruieren, welcher Strom die Veränderung verursacht hat.
Dasselbe Problem steckt in α. Kurzwellige Veränderungen, langwellige Veränderungen und Prozesse, die auf beiden Seiten wirken, können als temperaturabhängige Beiträge derselben globalen Reaktionsgröße erscheinen. Eine solche Nettoreaktion kann mathematisch präzise bestimmt werden. Eine präzise Nettoreaktion ist aber noch keine präzise Trennung ihrer Ursachen.
2. Ein räumlich, zeitlich und physikalisch gekoppeltes Klimasystem wird in einzelne Feedbackwerte zerlegt und anschließend wieder addiert.
Der zweite Kritikpunkt betrifft die Konstruktion von α selbst. Ausgangspunkt ist eine robuste physikalische Grundreaktion: Wird die Erde wärmer, steigt ihre thermische Abstrahlung. Diese Planck-Reaktion wird anschließend durch Beiträge von Wasserdampf, vertikalem Temperaturprofil, Wolken, Oberflächenalbedo und weiteren Prozessen verändert. Für die globale Feedbackrechnung werden diese Wirkungen in derselben Einheit W/m2/K ausgedrückt und zu einer effektiven Nettoreaktion zusammengeführt.
Damit wird jedoch eine erhebliche Annahme gemacht: Die getrennt diagnostizierten Beiträge müssen sich so kombinieren lassen, dass ihre Summe die tatsächliche Reaktion des gekoppelten Klimasystems hinreichend beschreibt. Genau diese Annahme ist nicht selbstverständlich. Wasserdampf wirkt nicht unabhängig vom Temperaturprofil. Wolken reagieren auf Feuchte, Zirkulation, Temperatur und Stabilität. Eis und Schnee verändern die kurzwellige Absorption und damit wiederum Temperatur, Wasserdampf und Wolken. Die Wirkung eines Prozesses kann sich mit Region, Jahreszeit, Ausgangszustand und Stärke der Erwärmung verändern.
Gleiche Einheit bedeutet auch hier nicht unabhängige Physik. Eine Rückkopplung besitzt deshalb nicht zwangsläufig einen einzigen universellen Punktwert, der unabhängig vom Zustand des übrigen Systems gilt. Wechselwirkungen können Einzelwirkungen verstärken, abschwächen oder verändern. Werden solche Prozesse zunächst isoliert diagnostiziert und anschließend zu einem globalen Netto-α zusammengeführt, wird vorausgesetzt, dass die Zerlegung und Wiederzusammensetzung die relevante Systemphysik hinreichend bewahrt.
Genau das ist der kritische Punkt. Ein gekoppeltes System wird zerlegt, damit es berechenbar wird; anschließend wird aus der Summe der zerlegten Teile auf die Reaktion des ursprünglichen gekoppelten Systems geschlossen. Dass die Rechnung geschlossen ist, beweist nicht, dass die Zerlegung physikalisch eindeutig oder vollständig ist.
3. Aus mehreren geschätzten Beiträgen entsteht ein kleiner Nettofeedbackparameter – und ausgerechnet dieser steht im Nenner der Klimasensitivität.
Die Konstruktion von α besitzt noch eine zweite, mathematisch besonders folgenreiche Eigenschaft. Die grundlegende Planck-Reaktion stellt eine vergleichsweise starke stabilisierende Strahlungsantwort dar. Andere Feedbackbeiträge verstärken oder schwächen diese Antwort. Nach ihrer Zusammenführung bleibt eine deutlich kleinere Nettoreaktion übrig.
Damit wird α zu einer Restgröße aus mehreren Beiträgen. Sind einzelne Beiträge unsicher, zustandsabhängig oder miteinander gekoppelt, überträgt sich diese Unsicherheit auf den verbleibenden Netto-Wert. Ein Fehler, der gegenüber einem großen Einzelbeitrag vergleichsweise klein aussieht, kann gegenüber dem wesentlich kleineren Rest α erheblich sein. Und ausgerechnet dieser Rest entscheidet im Gleichgewicht im Nenner über die Erwärmung:
ΔT = F / α
Das erzeugt eine unmittelbare mathematische Hebelwirkung. Wird α bei gleichem F halbiert, verdoppelt sich die berechnete Gleichgewichtserwärmung. Je kleiner α wird, desto empfindlicher reagiert das Ergebnis auf weitere Änderungen von α. Innerhalb dieser linearen Gleichgewichtsbeziehung gilt sogar: Geht α gegen null, wächst ΔT formal ohne Grenze. Mathematisch wird die Empfindlichkeit durch ∂T/∂α = −F/α2 sichtbar: Der Einfluss eines Fehlers in α wächst quadratisch mit dem Kehrwert von α.
Gleichzeitig steht F im Zähler und ist ebenfalls keine unmittelbar mit einem einzelnen Instrument gemessene globale Größe, sondern muss für die jeweiligen Antriebe bestimmt beziehungsweise diagnostiziert werden. Wird F zu groß und α zu klein angesetzt, wirken beide Abweichungen auf ΔT in dieselbe Richtung.
Damit befindet sich die zentrale Klimasensitivität genau dort, wo die Badewannengeschichte sie vermuten ließ: im Verhältnis eines bestimmten oder geschätzten Antriebs zu einer aus mehreren Prozessen konstruierten Nettoreaktion. Die Einfachheit von ΔT = F/α darf deshalb nicht mit der Sicherheit ihrer beiden Bestandteile verwechselt werden.
4. Eine richtige Temperatur beweist nicht, dass die zugrunde liegende Strahlungsgeschichte richtig ist.
Ein Klimamodell kann die globale Temperaturentwicklung gut reproduzieren und dennoch einzelne Energieflüsse falsch zusammensetzen. Das folgt bereits unmittelbar aus der Bilanz. Ein bestimmtes positives N kann durch stärker gestiegene ASR bei gleichzeitig stärker gestiegener OLR entstehen. Dasselbe N kann durch eine kleinere ASR-Zunahme und eine kleinere OLR-Zunahme entstehen. Auch andere Kombinationen sind möglich. Dieselbe Nettobilanz und damit eine ähnliche Temperaturentwicklung können aus unterschiedlichen kurz- und langwelligen Strahlungsgeschichten entstehen.
Damit besteht die Möglichkeit der Fehlerkompensation. Ein zu großer Energiebeitrag auf einer Seite kann durch einen ebenfalls zu großen Gegenbeitrag auf der anderen Seite ausgeglichen werden. Das Modell erreicht dann möglicherweise eine plausible NET-Bilanz und eine plausible Temperatur, obwohl die einzelnen Strahlungsflüsse nicht in derselben Weise verändert wurden wie in der Realität.
Derselbe Nettoüberschuss kann aus völlig verschiedenen Veränderungen der beiden großen Strahlungsströme entstehen. Steigt ASR beispielsweise um 2 W/m2 und OLR bleibt unverändert, beträgt die Änderung der Nettobilanz +2 W/m2. Dasselbe gilt, wenn ASR um 10 W/m2 steigt und OLR gleichzeitig um 8 W/m2 zunimmt. Für N sind beide Fälle identisch. Für die Ursachenfrage sind sie völlig verschieden. Das identische N sagt nämlich nicht, ob die +10 W/m2 ASR ein eigenständiger Antrieb, eine Rückkopplung auf F oder Teil eines anderen gekoppelten Prozesses sind. Wenn diese Veränderung als Reaktion auf F verbucht werden soll, muss genau diese Kausalkette gezeigt werden. N selbst liefert diesen Nachweis nicht. Im Forcing-Feedback-Bild steht der antreibende Einfluss – in unserer Geschichte der CO2-Kobold – als F am Anfang; die übrige Reaktion wird über α beschrieben. Im Gleichgewicht ergibt sich daraus:
ΔT = F / α
Damit steht der Kobold als antreibende Ursache bereits am Anfang der Erklärung: F bestimmt den Zähler, α die Stärke der Reaktion. Wenn gleichzeitig eine erhebliche Veränderung von ASR beobachtet wird, ist es jedoch nicht ausreichend, sie aufgrund des gewählten Schemas als nachgelagerte Reaktion zu behandeln. Ihre Rolle muss aus den beobachteten Strahlungsströmen und einer physikalisch begründeten Kausalkette nachgewiesen werden. Erst wird entschieden, ob sie F zugerechnet oder als Feedback eingeordnet werden muss.
Dasselbe gilt für Gregory-Diagnosen. Werden N und ΔT von derselben Modellbadewanne erzeugt und daraus F und α diagnostiziert, beschreibt die Regression zunächst sehr präzise das Verhalten dieses Modells. Die daraus gewonnenen Größen können intern vollständig konsistent sein. Interne Konsistenz ist jedoch keine unabhängige Bestätigung der realen Ursachen.
5. Während Forcing und Feedback immer genauer bestimmt wurden, wurden die realen Strahlungsströme direkt beobachtbar.
Dieser letzte Einwand ist der fundamentalste, weil er nicht nur eine Schwäche des alten Verfahrens beschreibt, sondern eine inzwischen verfügbare Alternative.
Als die Forcing-Feedback-Logik entstand, war die globale Strahlungsbilanz nur unvollständig beobachtbar. Die Nettoreaktion des Systems theoretisch und modellgestützt zu erschließen war deshalb eine nachvollziehbare Lösung. Genau aus dieser historischen Situation entstanden F, Feedbackfaktoren, Klimasensitivität und später α als zentrale Ordnungsgrößen. Diese Beobachtungssituation besteht heute nicht mehr in derselben Form.
Mit CERES können seit Anfang der 2000er-Jahre die großen Strahlungsströme am Oberrand der Atmosphäre getrennt verfolgt werden. Damit stehen neben beobachteten Temperaturen nun auch globale Zeitreihen für die absorbierte Sonnenstrahlung ASR und die ausgehende langwellige Strahlung OLR zur Verfügung. Die Ursache einer Veränderung wird dadurch noch nicht automatisch bekannt. Aber die Seite der Strahlungsbilanz, auf der eine Veränderung beobachtet wird, ist nicht länger unbekannt. Steigt ASR, muss zunächst nicht gewusst werden, ob Wolken, Aerosole, Oberflächenalbedo oder mehrere Prozesse dafür verantwortlich waren. Festgestellt werden kann zunächst schlicht: Die Erde absorbiert mehr kurzwellige Energie. Verändert sich OLR, kann zunächst ebenso festgestellt werden: Die langwellige Energieabgabe hat sich verändert. Erst danach beginnt die Zuordnung.
Damit ist eine methodisch andere Reihenfolge möglich: Zuerst T, ASR und OLR beobachten. Dann feststellen, welcher Strahlungsstrom sich verändert hat. Danach die beobachtete Veränderung physikalisch zerlegen. Und erst anschließend ihre Temperaturwirkung bestimmen. Genau diese Reihenfolge wird durch eine ausschließlich von F, α und ΔT ausgehende Attribution umgedreht. Dort werden zunächst ein Antrieb und eine Nettoreaktion bestimmt und daraus die Temperaturwirkung erklärt. Die inzwischen verfügbaren getrennten Strahlungsbeobachtungen erlauben dagegen, bei der gemessenen Energiebuchhaltung zu beginnen und von dort nach vorne zu rechnen. Genau deshalb wird im nächsten Schritt nicht versucht, das Forcing-Feedback-Modell mit einem noch besseren α zu reparieren.
Was heißt das nun für die Badewanne?
Die fünf Kritikpunkte der Badewanne lassen sich damit fast ohne Verlust übersetzen. Aus Bergquelle und Ablauf werden ASR und OLR. Aus dem Kobold wird F. Aus dem Wasserstand wird ΔT. Aus der Reaktionszahl wird α. Und aus den modernen Durchflussmessern wird CERES.
Der zentrale Einwand bleibt derselbe: Für eine Regelung oder eine kompakte Nettobeschreibung kann es genügen zu wissen, wie stark ein System insgesamt reagiert. Für eine Ursachenanalyse genügt das nicht. Dort muss zuerst festgestellt werden, wo die Energie tatsächlich hinein- oder hinausgegangen ist.
In der Badewanne ist der Unterschied offensichtlich. Der Kobold bringt einen Liter zusätzlich. Gleichzeitig zeigt der Durchflussmesser, dass aus der Bergquelle neun Liter mehr kommen und durch den Ablauf acht Liter mehr verschwinden. Netto bleiben zwei Liter zusätzlich in der Wanne. Es wäre dann nicht ausreichend, die neun zusätzlichen Liter aus der Bergquelle lediglich als Reaktion auf den einen Liter des Kobolds zu verbuchen. Genau diese Kausalkette müsste erst nachgewiesen werden. Dasselbe gilt für eine beobachtete ASR-Veränderung: Ihre Rolle darf nicht durch die Wahl des Forcing-Feedback-Schemas vorentschieden werden. Erst messen, dann Ursachen trennen.
Genau deshalb wird im nächsten Schritt nicht versucht, das Forcing-Feedback-Modell mit einem noch besseren α zu reparieren. Es wird ein anderer Ausgangspunkt gewählt. Die beobachtete Strahlungsbuchhaltung selbst kommt zuerst – und erst danach die Frage, wer dafür verantwortlich war und welchen Anteil diese Veränderungen an der beobachteten Erwärmung hatten.
Dafür wird natürlich weiterhin ein Modell benötigt. Denn auch die besten Strahlungsmessungen beantworten noch nicht unmittelbar die Frage, welche Temperaturänderung aus einer bestimmten zusätzlichen Energiemenge entsteht. Genau das ist aber im Kern die Aufgabe eines Klimamodells: Es übersetzt Energieänderungen unter Berücksichtigung der thermischen Trägheit des Systems in Temperaturänderungen. Auf diesen Teil der Modellierung kann und soll deshalb nicht verzichtet werden. Der Unterschied liegt darin, was dem Modell als Ausgangsinformation gegeben wird.
Im nächsten Kapitel wird deshalb eine möglichst einfache thermische Modellbadewanne verwendet. Sie bekommt nicht zunächst einen angenommenen Gesamtantrieb F und ein daraus konstruiertes globales α. Stattdessen werden ihr die beobachteten Strahlungsänderungen zugeführt. Die zeitliche Reaktion des thermischen Systems wird dabei mit dem tatsächlich gemessenen Temperaturverlauf abgeglichen und darauf geprüft, ob aus den gemessenen Energieänderungen auch die beobachtete Erwärmung hervorgeht. Das Modell beantwortet damit vor allem eine physikalische Frage: Wie wird aus einer bestimmten Strahlungsänderung über die Zeit eine Temperaturänderung?
Dadurch entsteht am Ende genau die Rechnung, die mit der Badewanne gefordert wurde: Zuerst werden die tatsächlichen Zu- und Abflüsse betrachtet. Dann wird die beobachtete Strahlungsbuchhaltung zerlegt. Alle daraus bestimmten Energiebeiträge durchlaufen anschließend dasselbe thermische Modell. Erst am Schluss wird aus ihren jeweiligen Temperaturwirkungen abgeleitet, welchen Anteil sie an der beobachteten Erwärmung besitzen. Das Modell bekommt damit eine andere Aufgabe. Statt aus einer globalen Reaktionszahl α zu erklären, welche Energieflüsse stattgefunden haben könnten, werden die Energieflüsse soweit möglich gemessen. Das Modell muss anschließend zeigen, welche Temperaturentwicklung aus ihnen folgt – und diese Rechnung muss sich am tatsächlich beobachteten Temperaturverlauf bewähren.
Genau darum geht es im nächsten Kapitel: erst Strahlung messen, dann Strahlung zerlegen, dann Energie in Temperatur übersetzen – und erst danach Ursachenanteile bestimmen. Freut Euch drauf. Ich habe das Ergebnis hier schon vorliegen.
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