Zyklenanalyse von Klimadaten

Horst-Joachim Lüdecke und Carl Otto Weiss
Die Klimaentwicklung ist oft zyklisch, was für fast alle Zeitskalen bis zu einer Million Jahre gut bekannt ist. Am populärsten sind die drei Milankovitch-Zyklen [1], hauptverantwortlich für die Warm- und Eiszeiten der letzten 500 000 Jahre. Sie haben Periodendauern von Hunderttausend bis mehreren Zehntausend Jahren. Für die aktuelle Frage nach einem vermuteten Klimaeinfluss des anthropogenen CO2 sind dagegen Klimazyklen von weit geringeren Periodenlängen maßgebend.


Zusammen mit dem dritten Autor Dr. Alexander Hempelmann von der Universitätssternwarte Hamburg haben wir über diese kürzeren Klimazyklen zwei Fachpublikationen in Zeitschriften der Europäischen Geophysikalischen Union (EGU) veröffentlicht [2], [3]. Die erste der beiden Publikationen, erschienen am 22. Feb. 2013, hat sechs der längsten existierenden Thermometermessungen aus Mitteleuropa im Hinblick auf Zyklen hin analysiert sowie zusätzlich eine Stalagmitenreihe und eine antarktische Eisbohrkernreihe. Der untersuchte Zeitraum erstreckt sich von 1757 – 2010. Die zweite Publikation, erschienen am 12. Feb. 2015, umfasst den längeren Zeitraum über 2500 Jahre von 500 v.Chr. bis 2010.

Analyse der letzten 2500 Jahre

Mittels der umfangreichsten  Klimadatenbank für diese Zeit (Daten aus Baumringen, Sedimenten, Stalagmiten etc.) zeigen wir, dass die wesentlichen Temperaturänderungen über den gesamte Zeitraum vom wohlbekannten ~200 jährigen „De Vries / Suess Zyklus“ der Sonne bewirkt wurden. Da die derzeitigen Temperaturen völlig im Bereich des klimahistorisch Normalen liegen, aber behauptet wird, die Erwärmung sei jetzt ungewöhnlich schnell,  verwendeten wir keine direkten Temperaturen sondern Temperaturdifferenzen über jeweils 100 Jahre Dauer, die die Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit wiedergeben. Diese Methode liefert eine besonders gute Visualisierung der Zyklen im Bereich zwischen etwa 100 bis 400 Jahren Zyklusdauer (Abb. 1) und kommt ohne Fitten oder Glätten aus.

 Abb. 1 (rechts oben): Temperaturänderungen über jeweils 100 Jahre rückwärts (mit linearer Regression), gewonnen aus den Originaldaten. Erläuterung: Das blaue Maximum im Jahre 1429 von 1,56 °C bedeutet beispielsweise 1,56 °C Temperaturzunahme über die 100 Jahre von 1329 bis 1429. Grün –  Büntgen  Zeitreihe [4], braun –  Christiansen Ljungqvist Zeitreihe [5]. Das rote Rechteck im Jahr 2000 zeigt die 100-jährige Temperatursteigerung des 20. Jahrhunderts.

Verglichen mit den Maxima und Minima der weiteren Vergangenheit  zeigen die Maxima und Minima der aktuellen Zeit (Abb. 1), dass die als ungewöhnlich behaupteten Temperatursteigerungen der jüngsten Zeit im klimahistorischen Normalbereich liegen. Insbesondere das 20. Jahrhundert zeigt keine Auffälligkeiten. Wiewohl die beiden Zeitreihen in ihren Maxima und Minima meist übereinstimmen, zeigt es sich, dass offenbar autogene Klimavorgänge von Zeit zu Zeit für Abweichungen vom periodischen Verlauf  sorgen.

Abb. 1 legt bereits dem unbewaffneten Auge nahe, dass Zyklen eine maßgebende Rolle spielen. Dies konnten wir mathematisch bestätigen (Abb. 2). An jede der gezeigten Reihen lässt sich eine einfache Sinusfunktion mit hoher Korrelation anpassen. Die Frequenzen der Sinusse sind dabei die Frequenzen der jeweils stärksten periodischen Komponente  im zugehörigen Spektrum (Fourier-Transformation), die Anpassung ist somit kein Fit. Nur die Phasen wurden optimiert, so dass die Korrelation zwischen Sinus und Datenreihe ein Maximum aufweist. Die Amplituden der Sinusse sind willkürlich, sie wirken sich auf die Korrelation nicht aus. Die Korrelation der beiden Reihen (Abb. 1, 2) ist geringer als die Korrelation mit den Sinusfunktionen. Dies zeigt, dass das wesentliche Charakteristikum der Messreihen die Periodizität ist.

Abb. 2: Sinus-Repräsentationen der Sonnenaktivität und von 3 Proxy-Temperaturreihen. Rot: Sonnenaktivität als 10Be, 14C Produktionsrate, Sinusperiode = 208 Jahre, Korrelation 0,68; grün: Büntgen Reihe [4], Sinusperiode = 186 Jahre, Korrelation 0,49; braun: Christiansen/Ljungqvist  Reihe [5], Sinusperiode = 189 Jahre, Korrelation 0,58; blau: Cook Reihe [6], Sinusperiode = 201 Jahre, Korrelation 0,41. Kurven sind zur besseren Übersicht höhenverschoben.

Als ein aktuelles Ergebnis der guten Wiedergabe von Temperaturreihen über 2500 Jahre durch Sinusfunktionen ist die Annahme berechtigt, dass sich der De Vries / Suess Zyklus auch in Zukunft fortsetzt. Dies bedeutet, dass in den nächsten 60 Jahren globale Abkühlung zu erwarten ist (Abb. 3). Während die Phasenübereinstimmung der beiden nordhemisphärischen Reihen Christiansen/Ljungqvist und Büntgen recht genau ist, weicht die südhemisphärische, sehr viel ungenauere Cook Reihe ab. Dies mag das bekannt unterschiedliche Klimaverhalten von Nord- und Südhemisphäre widerspiegeln.

Abb. 3: Sinusse der Reihen von Christiansen/Ljungqvist [5] (braun) und Büntgen [4] (grün) zusammen mit der antarktischen Reihe [7] (blau) bestätigen, dass der De Vries / Suess Zyklus global wirksam und für die Zukunft Abkühlung zu erwarten ist.

Analyse der letzten 250 Jahre

Die Analysenergebnisse unserer Publikation [2] aus den historischen Thermometerreihen von Kremsmünster, Wien, Prag, Hohenpeißenberg, München und Paris inkl. Eisbohrkern- und Stalagmitenreihe zeigen ausschließlich periodische Klimaänderungen in feinen Details. Es gibt keine Spur von unperiodischen Einflüssen, wie etwa dem des stetig ansteigenden atmosphärischen CO2 ( Abb. 4 ).

 Abb. 4: Mitteleuropäische Temperatur (schwarz, geglättet, stimmt mit antarktischen Temperaturen überein ) und Summe der  6 stärksten Zyklen ( rot ), wie gefunden mit der Zyklenanalyse der schwarzen Kurve. Die perfekte Übereinstimmung von rot und schwarz zeigt, dass nichtzyklische Einflüsse (wie des stetig zunehmenden atmosphärischen CO2) keine Rolle für die Temperatur spielt. Die Zyklen alleine geben die gemessenen Temperaturen korrekt wieder.

Speziell die Erwärmung von 0,7 Grad seit dem Temperaturminimum von 1870, welche offiziell dem CO2 Anstieg zugeschrieben wird, kommt vom Ansteigen des  De Vries / Suess Zyklus. Die wohlbekannte ozeanische Oszillation AMO/PDO mit ihrer 65 Jahr Periode (klar erkennbar in Abb. 4) moduliert den De Vries Zyklus +-10%. Diese beiden Zyklen bestimmen praktisch alleine die Erdtemperaturen. Der besonders starke Anstieg der Temperatur 1970 bis 1995 (Abb. 4), welcher immer als Beweis für einen CO2 Einfluss auf das Erdklima angeführt wird, kommt ganz einfach durch den gleichzeitigen Anstieg des De Vries / Suess Zyklus und der AMO/PDO zustande. Die „Pause“ in der Erderwärmung, die es, genau wie die Temperaturabfälle 1800 bis 1880 und von 1935 bis 1970, gar nicht geben dürfte, da ein wesentlicher Einfluss natürlicher Klimaschwankungen vom Weltklimarat IPCC ausgeschlossen wird, ist ebenfalls die Folge der AMO/PDO, die seit ca. dem Jahr 2000 abnimmt. Des De Vries / Suess Zyklus wegen kann eine generelle Abkühlung von jetzt bis ca. 2080 vorausgesagt werden, etwa auf den Wert des Temperaturminimums von 1870.

Bestätigungen unserer Ergebnisse

Ähnliche wie die unsrigen Ergebnisse wurden bereits in den letzten Jahren in der Sonnenphysikliteratur von anderen Autoren vor uns veröffentlicht und ausführlich diskutiert. Wir verwenden in unseren beiden Arbeiten andersartige Analysen, die aber letztlich zu praktisch gleichen Schlussfolgerungen kommen (s. Literaturangaben in unseren Publikationen). Trotz all dieser klaren, begutachtet veröffentlichten und unwidersprochenen Ergebnisse ignoriert offiziell das IPCC alle diejenigen Einflüsse der Sonne auf das Erdklima, die über die sehr geringe Variation der Solarkonstante hinausgehen. Einschlägige indirekte Mechanismen des Sonneneinflusses auf das Klima, wie beispielsweise von H. Svensmark  [8] nachgewiesen, kommen in den IPCC Berichten nicht vor.   

Abgesehen von unseren Nachweisen (die auf nähere Ursacheninterpretationen verzichten) und der Sonnenliteratur gibt es im Übrigen eine Vielzahl von weiteren publizierten physikalischen Sachverhalten, die  wesentliche Klimaeinflüsse des anthropogenen CO2 ausschließen. Anhand der bisherigen Zunahme von atmosphärischem CO2 müssen z.B. 50% der bis 2100 erwarteten Erwärmung durch CO2, wenn es denn eine solche gäbe, bereits eingetreten sein. Die zukünftige Erwärmung bis 2100 könnte also höchstens 0,7 Grad betragen.

Anmerkungen zu technischen Details

In Kritiken am sachlichen Inhalt unserer beiden Arbeiten ist oft vom „Fit“ bei der verwendeten diskreten Fouriertransformation (DFT) die Rede. Dies ist unzutreffend. Die Fouriertransformation bzw. die DFT sind mathematische Transformationen ohne Informationsverlust. Die Rücktransformation liefert nämlich wieder die ursprüngliche Reihe. Ein Fit ist dagegen grundsätzlich mit Vereinfachung, d.h. mit Informationsverlust verbunden.

Wir möchten ferner die Bedeutung der von uns durchgeführten Monte Carlo Simulationen betonen, die den Zufall bei der von uns aufgefundenen guten Übereinstimmungen von Temperaturdaten mit den gefundenen Zyklen statistisch ausschließen. In der Arbeit von 2013 findet sich der Nachweis unter 6. Confidence level of reconstruction, in der Arbeit von 2015 unter 7. Confidence levels. Diese maßgebenden Abschnitte werden gerne übersehen oder ignoriert. Nur die Cook Daten weichen ab (Abb. 2, blaue Kurve), der Ausschluss von Zufälligkeit mit Hilfe der Monte Carlo Methode ist hier nicht mehr signifikant, und entsprechend ist auch die Korrelation zwischen Sinus und Datenreihe hier am schwächsten.

Literatur

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Milankovi%C4%87-Zyklen

[2]  H.-J. Luedecke, A. Hempelmann, and C. O. Weiss:  Multi-periodic climate dynamics: spectral analysis of long term instrumental and proxy temperature records, Clim. Past 9, 447 – 452 ( 2013 );  http://www.clim-past.net/9/447/2013/cp-9-447-2013.pdf

[3] H.-J. Luedecke, C. O. Weiss, and H.Hempelmann:  Paleoclimate forcing by the solar De Vries / Suess cycle, Clim. Past Discuss. 11, 279 (2015);  http://www.clim-past-discuss.net/11/279/2015/cpd-11-279-2015.pdf

[4] U. Büntgen et al., science, 331, 4. Feb. 2011

[5] B: Christiansen and F. C. Ljungqvist, Clim. Past., 8, 765 – 786 (2012)

[6] E. R. Cook et al., Clim. Dynam., 16, 79 – 91 (2000)

[7] W. Graf et al., Ann. Glaciol., 35, 195 – 201 (2002)

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Henrik_Svensmark

image_pdfimage_print

Wir freuen uns über Ihren Kommentar, bitten aber folgende Regeln zu beachten:

  1. Bitte geben Sie Ihren Namen an (Benutzerprofil) - Kommentare "von anonym" werden gelöscht.
  2. Vermeiden Sie Allgemeinplätze, Beleidigungen oder Fäkal- Sprache, es sei denn, dass sie in einem notwendigen Zitat enthalten oder für die Anmerkung wichtig sind. Vermeiden Sie Schmähreden, andauernde Wiederholungen und jede Form von Mißachtung von Gegnern. Auch lange Präsentationen von Amateur-Theorien bitten wir zu vermeiden.
  3. Bleiben Sie beim Thema des zu kommentierenden Beitrags. Gehen Sie in Diskussionen mit Bloggern anderer Meinung auf deren Argumente ein und weichen Sie nicht durch Eröffnen laufend neuer Themen aus. Beschränken Sie sich auf eine zumutbare Anzahl von Kommentaren pro Zeit. Versuchte Majorisierung unseres Kommentarblogs, wie z.B. durch extrem häufiges Posten, permanente Wiederholungen etc. (Forentrolle) wird von uns mit Sperren beantwortet.
  4. Sie können anderer Meinung sein, aber vermeiden Sie persönliche Angriffe.
  5. Drohungen werden ernst genommen und ggf. an die Strafverfolgungsbehörden weitergegeben.
  6. Spam und Werbung sind im Kommentarbereich nicht erlaubt.

Diese Richtlinien sind sehr allgemein und können nicht jede mögliche Situation abdecken. Nehmen Sie deshalb bitte nicht an, dass das EIKE Management mit Ihnen übereinstimmt oder sonst Ihre Anmerkungen gutheißt. Wir behalten uns jederzeit das Recht vor, Anmerkungen zu filtern oder zu löschen oder zu bestreiten und dies ganz allein nach unserem Gutdünken. Wenn Sie finden, dass Ihre Anmerkung unpassend gefiltert wurde, schicken Sie uns bitte eine Mail über "Kontakt"

Bitte beachten Sie unsere Datenschutzerklärung

Erst Registrieren dann Kommentieren

Zum Kommentieren müssen Sie eingeloggt sein. Bitte hier auf Registrieren klicken, um ein Login zu erhalten.

Kommentar hinzufügen

Sie haben nicht das korrekte Login oder Passwort eingegeben

Sie müssen eingeloggt sein, um einen Kommentar schreiben zu können.

13 Kommentar(e)

Neueste zuerst
nach Bewertung Neueste zuerst Älteste zuerst
1
Dr. Gerhard Stehlik

Sie sehen doch am (übrigens anonymen und damit die Regeln verletzenden) admin Kommentar, dass es bei EIKE nicht um CO2, sondern ums Klima.
Permanente mittlere Temperaturdifferenz und damit Energieflüsse zeigen, die Atmosphäre ist kälter als die Erdoberfläche. Damit ist sie ein Kühlhaus, kein Treibhaus.

2
Rainer Steppan

#10 Herr Strehlik:
Mir fehlen diese Physikkenntnisse, nur frage ich mich, wenn wie Sie sagen, das experimentell 100% nachzuweisen ist, warum das dann nicht deutlich herausgestellt wird.
Dass diese ganze Sache Politik im Wissenschaftsgewand ist und mittlerweile zu einer Religion mutiert ist, muss Jedem sofort auffallen, der es sich leistet, halbwegs logisch und unvoreingenommen (von grünen Dogmen) zu denken und sich seine Meinung zu bilden.

3
Dr. Gerhard Stehlik

Auch das ist eine typisch sinnlose Fleißarbeit, welche auf die CO2 Frage keine Antwort liefert. Siehe meine Beiträge an anderer Stelle.

4
Manfred Oellien

9# Rainer Stephan.
Sie haben es besser beschrieben wie ich , dem stimme ich gerne zu.
Mfg

5
Dr. Gerhard Stehlik

#9: Rainer Steppan sagt am Donnerstag, 13.08.2015, 12:19:
"Ob der CO2-Ansatz falsch oder richtig ist, war (ist) uninteressant. Man kann nicht zu 100% beweisen, dass er wahr ist, anscheinend aber auch nicht, dass er falsch ist.“
Das ist das einfältige Geschwätz, mit denen sich „Gläubige“ ihren Glauben zu bewahren suchen.
Wer 100 % sicher wissen will, ob CO2 wärmt oder kühlt braucht, muss messen, wie CO2 auf Energieflüsse wirkt, vor allem auf elektromagnetische Energieflüsse. Und dann ist die 100 % Antwort experimentell eindeutig. Mehr CO2 kühlt, weil CO2 ein elektromagnetischer Leiter zwischen Weltall und Erdoberfläche ist und kein EM-Isolator. Alles andere mit Wetter und Klima ist Volksverdummung!

6
Rainer Steppan

#6
Meiner Ansicht nach ist das keine These (CO2), sondern ein mit voller Absicht gewähltes Modell, um auf diesem Wege politische Ziele durchzudrücken. Ob der CO2-Ansatz falsch oder richtig ist, war (ist) uninteressant. Man kann nicht zu 100% beweisen, dass er wahr ist, anscheinend aber auch nicht, dass er falsch ist. Das wird ausgenutzt und mit der Angst der Leute gespielt. Meiner Meinung nach muss man kein hochdekorierter Wissenschaftler in den relevanten Bereichen sein, durch einfaches Denken fallen einem einfach Sachen auf, die hochgradig für die Falschheit des CO2-Ansatzes hindeuten.
Die IPCC-Sekte irrt sich nicht, die belügt uns nach Strich & Faden.

7

#2:
„Irgendwie suche ich jetzt die kleine Eiszeit. Sollte die nicht um 1700 ihr Minimum gehabt haben, und die Temperaturen seit 250 Jahren ansteigen ?“
Sehr geehrter Herr Schoenfeld,
Verwenden Sie den Datensatz von MetOffice „cetml1659on.txt“ ab 1659. Da werden Sie die kleine Eiszeit finden – oder auch nicht. Ich empfehle Ihnen stattdessen: Genießen Sie die nächsten beiden schönen warmen Tage.

8

"In Kritiken am sachlichen Inhalt unserer beiden Arbeiten ist oft vom „Fit“ bei der verwendeten diskreten Fouriertransformation (DFT) die Rede. Dies ist unzutreffend. Die Fouriertransformation bzw. die DFT sind mathematische Transformationen ohne Informationsverlust. Die Rücktransformation liefert nämlich wieder die ursprüngliche Reihe. Ein Fit ist dagegen grundsätzlich mit Vereinfachung, d.h. mit Informationsverlust verbunden. "

Der "Fit" mit Informationsverlust tritt hier dann auf, wenn man nur die höchsten Spektralkomponenten der vollständigen Fouriertransformation als Approximation nimmt, wie hier in Abb 4 demonstriert wird: Die rote Kurve ist ein Fit an die schwarze.

9
Manfred Oellien

In dieser Sache zu dem Thema sollte man verstärkt ein Augenmerk haben und weiter verfolgen.
Wenn man Zyklen und deren Einflüsse mehr im Blick behält wird man das Klima besser verstehen können.
PS ,bis jetzt war die " Klimawissenschaft" mit ihrer co2 These gehörig auf dem Holzweg.

10

Sinusse

Plural von sinus = Bucht = sinus oder sinuus = Buchten

Besser wäre m.E. die Bezeichnung "Überlagerter Graph der passenden Winkelfunktion" gewesen.

Noch besser wäre es gewesen die "gemessene" Funktion einer Fourierzerlegung zu unterziehen.

f(x) = Summe c + an*sin(nx)+bn*cos(nx) mit n = 1 ... n wobei n nicht größer sein darf als die Hälfte der Stützstellen.

11
Hans-Dieter Schmidt

Zu diesem Thema hat auch Herr Prof. Dr. Horst Malberg vom Meteorologischen Instutut der Freien Universität Berlin viele Beiträge veröffentlicht, die der Literaturliste hinzuzufügen ich hiermit anregen möchte. Seine Beiträge sind als "Beilage zur Berliner Wetterkarte" erschienen. Er hat schon in den neunziger Jahren entsprechende Arbeiten veröffentlicht.

Er kommt zu einem Ergebnis, das mit dem hier präsentierten identisch ist. Die geneuen Einzelheiten seines Verfahrens sind mir allerdings nicht geläufig.

Dipl.-Met. Hans-Dieter Schmidt

12

Irgendwie suche ich jetzt die kleine Eiszeit. Sollte die nicht um 1700 ihr Minimum gehabt haben, und die Temperaturen seit 250 Jahren ansteigen ?

13

Der verstorbene und hoch geschätzte Kollege Gerhard Gerlich sagte zu mir wortwörtlich: "Ich weiß nicht genau, was zur Erwärmung geführt hat, CO2 war es aber sicher nicht"