Wärmeinseleffekt täuscht Klimaerwärmung vor

In der freien Fläche Deutschlands waren Ende Mai 2010 noch viele Bäume ohne vollen Blattaustrieb. Hier wirkt die Wärme der Wärmeinseln kaum. In den Städten war die Vegetation weiter. Durch solche Betrachtungen erkennt man, dass der Wärmeinselanteil am Temperaturprofil der Städte enorm ist. In der freien Fläche war der Mai 2010 jedenfalls einer der kältesten in den letzten 100 Jahren.

Zwei Beispiele verdeutlichen den Wärmeinseleffekt (WI):

• Beispiel 1: Die Wetterstation am Großflughafen Frankfurt im Strahle der heißen Flugzeugabgase hatte eine Maitemperatur 2010 von 0,5 Grad „zu warm“. Auf dem Bild ist deutlich zu erkennen, dass dies keinesfalls richtig sein kann. Anfang Mai waren die Bäume an diesem See im Ostalbkreis noch größtenteils blattlos. Erst am Ende des Monats begannen sie mit dem Blattaustrieb. Eichen, Erlen, Birken, Hartriegel waren besonders von der Kälte betroffen.
• Beispiel 2: Der Jahresmittelwert 2010 der Stadt München (M-Helene-Weber-Allee) betrug 8,8 Grad, bei der Ostalbwetterwarte Neresheim nur 7,1 Grad, obwohl diese Station nicht außerhalb von Neresheim, sondern in einer Siedlung an einem Südhang steht. Beide Wetterstationen befinden sich im Voralpenraum auf gleicher Meereshöhe und sind somit gut vergleichbar. Trotzdem ist Neresheim eine ländliche Station mit einem viel geringeren Wärmeinseleffekt als die Stadt München.

Was macht den Wärmeinseleffekt aus?

Der WI ist keine konstante Größe, er ist vielmehr jahreszeitenabhängig, streng genommen sogar jeden Tag unterschiedlich, weil er zudem temperatur- und wetterabhängig ist. Außerdem ist er tags anders als nachts.

Deshalb verzichtet man beim Deutschen Wetterdienst auf die Bestimmung und mathematische Berechnung des WI. Die Leiter der einzelnen Wetterstationen kennen ihren speziellen Wärmeinseleffekt auch nicht. Daher werden immer die gemessenen Temperaturen ohne Korrekturen nach Offenbach zur Zentrale des Deutschen Wetterdienstes (DWD) weitergegeben und daraus die Mittelwerte für Deutschland errechnet.

Auch ohne den WI hätte es natürlich seit dem Ende der kleinen Eiszeit ab 1850 eine Wiedererwärmung in Europa und weltweit gegeben, zum Wohle der Menschen. Rechnet man den Korrekturfaktor WI heraus, dann wäre die natürliche Erwärmung seit der kleinen Eiszeit aber nicht so hoch wie allgemein veröffentlicht wird.

Eine kleine Eiszeit will niemand mehr haben. Denn diese Zeit, in der Europa nahezu 400 Jahre im Würgegriff von unwirtlichen Temperaturen mit anhaltenden Hungersnöten lag, diese war die eigentliche Klimakatastrophe. Das Wärmeoptimum des Mittelalters und die Zeit der Römer und Germanen wäre das Klimaoptimalziel für Europa. Doch davon sind wir im Jahre 2010/11 weit entfernt. Wir nähern uns leider wieder einer kleinen Eiszeit.

Tatsache ist: Wir befinden uns momentan in einem Abkühlungstrend, der von den Wärmeinseln sogar abgebremst wird.

Der WI-Anteil ist bei den vom Deutschen Wetterdienst gemessenen Jahresmittelwerten der letzten zwölf Jahre nicht berücksichtigt. Dazu muss man wissen, dass die Messstationen größtenteils mitten in den Wärmeinseln stehen. Die Thermometer können nicht unterscheiden, ob die Wärme vom Klima kommt oder von den menschlichen Einflussfaktoren. Trotzdem wird es deutlich kälter.

Im Folgenden wollen wir nun untersuchen, wie hoch der Wärmeinselanteil bei diesen gemessenen Deutschlandwerten ist. Es sind drei Faktoren, die den Wärmeinseleffekt bestimmen. Die wesentlichen Gründe sind die zunehmende Bebauung, bedingt durch die starke Zunahme der Bevölkerung, die Zunahme des Wohlstandes und die damit bedingte Zunahme des Energieverbrauchs. Im Einzelnen:

1. Bebauung der Städte durch Gebäude und Betonierung

Im Sommer speichert der verwendete Feststoff die tagsüber von der Sonne eingestrahlte Wärme und gibt sie nachts ab, die Bebauung erwärmt somit die Umgebung. Wald und Wiesen kühlen dagegen schon während des Tages angenehm ab. Eine Aussage, die jeder sofort akzeptiert. Der städtische Wärmeinseleffekt ist daher der Antrieb der Temperaturen.

Doch zu diesem Punkt gehören noch mehr Einflussfaktoren, z.B.:

• Wenn es regnet, fließt das Regenwasser der versiegelten Fläche sofort ab und erzeugt keine Verdunstungskälte wie beim Naturzustand davor.
• Bäume und Pflanzen, die vor der Versiegelung der Landschaft da waren, haben einen erheblichen Teil der Sonnenstrahlung für ihre Fotosynthese verwendet. Nur ein Teil der Sonnenstrahlung erreichte den Boden. Die Sonnenstrahlung wurde abgefangen, und in chemischer Form in den Pflanzen gespeichert. Diese Versiegelung der Landschaft hält weltweit an, bedingt durch die Bevölkerungszunahme bzw. in Europa durch den steigenden Wunsch nach mehr Komfort. Nach Angaben des Statistischen Landesamtes beträgt die Flächenversiegelung Deutschlands täglich 107 Hektar.
• Zunahme des Wohlstandes in Teilen der Welt, vor allem auf der Nordhalbkugel. Gerade in den letzten 40 Jahren hat der Energieverbrauch in den Wohlstandsländern erheblich zugenommen. Jeder Energieverbrauch wird am Schluss in Wärme verwandelt und an die Umgebung abgegeben.
• Hier einige Beispiele: Der Anteil der Heizfläche in den Gebäuden ist gestiegen. Im Gegensatz zu früher werden meist werden alle Räume beheizt. Außerdem wurde die Raumtemperatur hochgefahren. Je weiter ein Land im Norden liegt, desto größer ist der Energieanteil, der zur Heizung benötigt wird. Deshalb steigt auch der Wärmeinseleffekt der Siedlungen, je weiter man nach Norden kommt. Und damit wird die gemessene globale Erwärmung auch größer, je weiter man nach Norden kommt.

2. Freie Flächen haben einen eigenen Wärmeinseleffekt

Auch die freie unbebaute Landschaft hat gegenüber dem Deutschland vor 100 Jahren eine menschenbedingte Erwärmung erfahren, die aber nichts mit dem CO2-TE zu tun hat. Es handelt sich auch nicht um eine statistische Umlegung des WI aus der Bebauung auf die Gesamtfläche des Landes, wie der Deutsche Wetterdienst dies macht und durch eine Näherungsschätzung auf 0,1 Grad WI in der Gesamtfläche schätzt.

Der WI der freien Fläche ist real da durch folgende Landschafts-Umgestaltungen, welche die physikalischen Eigenschaften der Landfläche verändert haben:

• Die Trockenlegung der Landschaft durch Hunderttausende von Kilometern an (gelben) Sickerschläuchen, Drainagerohren und Entwässerungsgräben in den letzten 100 Jahren in Deutschland. Durch das schnellere Abfließen des Oberflächenwassers wurde die Verdunstung in der freien Fläche entscheidend erniedrigt.Feuchtwiesen, Tümpel, Weiher, Moore und nasse Talauen wurden zu bäuerlichen Leistungswiesen und Ackerland. Eine Trockenwiese heizt sich schneller auf als die zuvor dagewesene Feuchtwiese. Die Austrocknung des Waldes erfolgt von unten, nicht von oben.
• Zudem wurde auch für den Straßen- und Feldwegebau Landschaft versiegelt, die an einer allgemeinen Erwärmung in der freien Fläche mitwirken.

Dieser Wärmeinseleffekt ist existent und durch Versuche nachweisbar, im Gegensatz zu einem CO2-Treibhauseffekt. Dieser ist durch keinen Versuch beweisbar. Der WI ist auch in der freien Natur als erheblich einzustufen aufgrund zweier physikalischer Veränderungen der Landschaft:

• Durch das entzogene Wasser wurde die Verdunstungskühlung erniedrigt.
• Die Nebeltage wurden weniger. Aus der feuchten Fläche bildete sich in früheren Zeiten der Frühnebel, im Herbst, vor allem im November waren die Talauen oft tagelang zu und die Sonnenstrahlung wurde wieder reflektiert. Weniger Sonne erreichte den Erdboden. In den letzten 20 Jahren sind aus meinem Heimatort die durchgängigen Nebeltage ganz verschwunden.Selbst im November lösen sich die Nebel spätestens am Nachmittag meist auf, wodurch die Sonneneinstrahlung zunimmt. Diese Novembererwärmung kommt also vom WI und nicht von einem CO2-TE. Die freien unbebauten Flächen in Deutschland haben somit gegenüber früher ebenfalls einen Wärmeinseleffekt, den man auch bei den Messstationen in der Natur berücksichtigen müsste. Natürlich ist er kleiner als der WI bei den Wetterstationen mitten in der Bebauung und liegt unter 0,5 Grad.

3. Rapider Anstieg des Energie- und Stromverbrauchs

• Die Anzahl der elektrischen Verbraucher in- und außerhalb der Gebäude hat sich in den letzten 50 Jahren ständig erhöht. Aufgrund des Wohlstandes hat auch die Anzahl der Beleuchtungsquellen zugenommen und damit der Gesamtstromverbrauch.
• Europa ist heller geworden: Das ist aus dem Weltall gut erkennbar. Die Anzahl der Beleuchtungskörper und Straßenbeleuchtungen hat sich in den letzten 40 Jahren vervielfacht. Jeder Beleuchtungskörper gibt Wärme an die Umgebung ab. Für das Vergleichsjahr 1880 darf man die Stromerzeugung mit Null ansetzen.
• Die Zunahme der Mobilität: Für den Antrieb benötigt jedes Fahrzeug Kraftstoff. Am Schluss der Fortbewegung wird der Antriebsstoff in Wärme umgewandelt und an die Umwelt abgegeben. Die Zahl der Fahrzeuge wird auf eine Milliarde geschätzt.
• Die Zunahme der Industrialisierung: Jeder Arbeitsprozess verschlingt Energie und jeder Energieeinsatz wird am Ende in Wärme verwandelt und freigesetzt.
• Die Zunahme der herkömmlichen Kraftwerke: Bei der Stromerzeugung gehen zwei Drittel der erzeugten Kilowattstunden als Wärme verloren. Sie heizen die Umgebung auf.

Der WI in den Alpen

Da Warmluft nach oben steigt, hat der Wärmeinseleffekt einen bedeutenden Anteil an der Gletscherschmelze in den Alpen, gerade dort haben sich die Lebensbedingungen in den letzten 100 Jahren mit dem immensen Anschwellen der Touristenzahlen vor allem im Winter, dem Umbau und der Betonierung der Landschaft am meisten verändert. Eine Tatsache, die bislang überhaupt noch nicht in Erwägung gezogen wurde.

Den WI sehen wir als Hauptgrund für das immer noch andauernde Schmelzen der Gletscher in den Alpen an, obwohl die Temperaturen global seit 10 Jahren abnehmen. Daneben sind noch andere örtliche Faktoren von Bedeutung, wie z.B. die Verschmutzung des Schnees durch schwarze Rußteilchen aus Heizungen und Autos.

Aus all den Gründen erkennt man leicht, dass der WI sich längst nicht mehr auf Großstädte beschränkt, wie der Deutsche Wetterdienst annimmt. Es handelt sich um eine allgemeine Erwärmung von Deutschland aufgrund des menschlichen Wirkens und Bestrebens, die Natur- zur Kulturlandschaft umzugestalten.

Der Wärmeinseleffekt ist außerdem abhängig vom Breitengrad. Er nimmt vom Äquator nach Norden hin stark zu. Die Gründe dafür sind aus den obigen Betrachtungen ableitbar.

Diese allgemeine Erwärmung der Landschaft aufgrund des menschlichen Wirkens bzw. Zerstörung der Naturlandschaft hat selbstverständlich nichts mit einem möglichen CO2-Treibhauseffekt zu tun. Irrtümlicherweise wird diese WI-bedingte Erwärmung häufig aber als Beweis für den CO2-TE ausgegeben.

Eine Aufgabe für die Wissenschaft

Der Wärmeinseleffekt stellt eine nach oben abweichende Verzerrung der Messdaten für das Klima dar. Er wirkt der globalen Abkühlung seit zehn Jahren entgegen, denn je kälter das Klima wird, umso stärker wirkt der WI. Trotz des steigenden Wärmeinseleffektes haben sich die Temperaturen in Deutschland in den letzten neun Jahren um 0,7 Grad abgekühlt, in den letzten zehn Jahren sogar um 2 Grad, und die Abkühlung hält weiter an.

Aufgabe der Wissenschaft wäre es nun, diesen WI für Deutschland und die anderen Staaten quantitativ abzuschätzen, und die Jahresmittelwerte der letzten Jahrzehnte ohne diesen Fehler-Effekt zu ermitteln. In einer Arbeitsgruppe haben wir versucht, dieses Vorhaben umzusetzen. Wir fragten uns: Was würde für die angeblich globale Erwärmung seit 1850 durch die Treibhausgase noch übrig bleiben?

Unsere Ergebnisse

Der WI ist der primäre Temperaturtreiber in Deutschland, daher wurde es bei uns seit 150 Jahren wärmer. Das messen die Bodenstationen, z.B. des DWD. Die Erwärmung beruht auf natürlichen Faktoren wie der Sonne und der kosmischen Strahlung (Svensmark), welche die Wolkenbildung beeinflussen und auch auf menschlichen (anthropogenen) Faktoren.

Der anthropogene Anteil an der Erwärmung kommt aber wohl kaum von einem immer wieder behaupteten CO2-Treibhauseffekt, sondern hauptsächlich vom Wärmeinseleffekt. Beim CO2-TE müsste es überall gleichmäßig wärmer geworden sein, denn das CO2 verteilt sich gleichmäßig rund um den Globus.

Betrachtet man den Klimaatlas Baden-Württembergs vom Sept. 2010, dann sieht man nur bestimme Regionen, wie den Rheingraben, den Neckar- oder Bodenseeraum, die eine starke Erwärmung ausweisen. Genau das sind die großflächigen Wärmeinseln in Baden-Württemberg. Rechnet man alle Wärmeinseln von Deutschland aus den Jahresmittelwerten heraus, dann ist Deutschland im Jahre 2010 gleich warm/kalt wie vor über 100 Jahren.

Wir haben erstmals versucht, den WI-Anteil größenmäßig für Deutschland festzulegen, dazu hat R. Leistenschneider ein eigenes statistisches Vergleichsverfahren entwickelt. Das Ergebnis ist auch durch einfache halb-quantitative Freilandversuche abgesichert.

Unser Resultat

Der Wärmeinselanteil an den Temperaturen Deutschlands beträgt 1,2 Grad in den letzten 120 Jahren. Diese Angabe liegt innerhalb eines gewissen Streubereiches. Er ist in drei Etappen in diesem Zeitraum angestiegen

Vor allem in den letzten 30 Jahren ist der Wärmeinselanteil an den ermittelten Temperaturen stärker gestiegen, weil der Eingriff in die Landschaft am höchsten war. Für diesen kurzen Zeitraum beträgt der WI etwa 0,5 bis 0,9 Grad.

Noch zwei Anmerkungen:

• In den Wärmeinseln, wo die Menschen leben und weitgehend auch die Messstationen stehen, ist es tatsächlich wärmer, hier gilt zur Betrachtung die rote Kurve.
• Ein zweiter Effekt neben dem WI trägt ebenfalls zur Erwärmung bei, ohne etwas mit dem CO2 zu tun zu haben: die erfolgreiche Reduktion von Rauch und Staub in der deutschen Luft seit den 1980´ern. Laut Spiegel TV hat seitdem der Strahlungseffekt der Sonne über Europa um ca. 2 W/m2 zugenommen. Dies entspricht einer Erwärmung von mehreren Zehntelgraden. Dieser und weitere Effekte sind in dem Vertrauensbereich um die grüne Kurve enthalten.

Schlussfolgerung: Vergleicht man den Temperatur-Jahresmittelwert Deutschlands von 2010 mit dem von 1880, dann vergleicht man eigentlich Äpfel mit Birnen. Es handelt sich um ein ganz anderes Deutschland mit anderen veränderten Naturlandschaften. Wäre Deutschland in seinen Regionen und Landschaften über die letzten 130 Jahre gleich geblieben, so wie das Jahrhunderte zuvor weitgehend die Regel war und hätten sich auch die Standorte der Messstationen nicht verändert, dann sähe die Temperaturkurve von Deutschland nach unseren Bestimmungen ganz anders aus.

Was zeigt uns dieser Temperaturverlauf?

Man sieht die Anfangserwärmung nach der kleinen Eiszeit bis 1900, dann etwa 40 Jahre gleichbleibende Temperaturen, mehr als 1 Grad über den Temperaturen der kleinen Eiszeit, die um etwa 1950 zu Ende ging. Dann 30 Jahre abnehmende Temperaturen, Annäherung an die Temperaturen der kleinen Eiszeit. Ab 1975 den angenehmen Anstieg bis zum Jahr 2000. Und seit zehn Jahren die Klimaabkühlung. 2010 ist man wieder vor 1900 (knapp unter 7 Grad) angekommen.

Fazit

Die angenehme Erderwärmung der letzten 25 bis 30 Jahre ist durch die Temperaturabkühlung seit zwölf Jahren wieder aufgebraucht. Die Erde wird kälter. CO2 erwärmt kein Klima und die DWD-Jahresmittelwerte zeigen, dass gar kein Klima erwärmt wurde.