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CO2 und Temperatur

Der funktionale Zusammenhang zwischen CO2-Gehalt der Atmosphäre und der globalen Mitteltemperatur von 1959 bis 2018.


Zusammenfassung:
Die beiden Programme auf dieser Seite sollen den Zusammenhang zwischen CO2-Gehalt der Erdatmosphäre und dem Verlauf der Globalen Mitteltemperatur untersuchen. Die Meßreihe des CO2-Gehaltes enthält Daten von 1959 bis heute, für diesen Zeitraum, also für 60 Jahre, ist der Zusammenhang gegeben. Damit sind allerdings nur zwei dreißigjährige Zeitintervalle abgedeckt - also nur zwei Klimaintervalle, wie sie die World Meteorological Organization vorsieht.

Das erste der hier vorgestellten Programme stellt den CO2-Gehalt der Atmosphäre und den Anstieg der globale Mitteltemperatur gegen die Zeit dar. Das zweite erzeugt die Spektra von CO2-Gehalt und Änderung der globalen Mitteltemperatur. Wir verwenden als CO2-Datenreihe (Ursache) die Reihe, die auf der Seite der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) veröffentlicht wurde. Auf Mauna Loa CO2 annual mean data klicken [Nicht auf CSV dahinter].

Für die Abweichung der Globalen Mitteltemperatur von der "normalen" Globalen Mitteltemperatur (Wirkung): hier: auf die Datenreihe Confidence Interval for annual global means (csv) klicken, erste Reihe unter "Download Options" Die Datei dieser Reihe wurden zur besseren Übersichtlichkeit und Kompatibilität mit den Programmen dahingehend verändert, daß die Kommata durch Tabulatoren ersetzt wurden. Außerdem wurde die Temperaturdatei gekürzt, da die CO2-Datei nur von 1959 bis 2020 reichte.

Das erste Programm - graphische Darstellung der Verläufe

Dokumentation

Archiv für python
Hauptrogramm in python
Steuereinheit in python
Einleseeinheit in python
Ausgabeeinheit in python
Steuerdatei
Datei mit CO2-Gehalten
Datei mit Temperaturabweichungen

Benutzung des Programm

Um aus hier gegebene Programm zum Laufen zu bringen sollte man wie folgt vorgehen:
  1. Zuerst erstellen Sie ein Verzeichnis, in dem Sie dieses Programm laufen lassen wollen.
  2. In diesem Verzeichnis benötigen Sie die Quellcode-Dateien, d.h. die python3-Dateien "co_2_temperatur_vergleich_haupt.py", "steuer.py", "datei_einlese.py", und "ausgabe.py", die beiden Eingabedateien "co_2_eingabe.dat" und "temperatur_abweichung_eingabe.dat" sowie die Steuerdatei "steuer.txt". Am einfachsten ist es, das *.tar-Archiv herunterzuladen und im Zielverzeichnis zu entpacken. Das Archiv enthält die Quelldateien und die Dokumentation des Programms als *.pdf sowie die Eingabedateien und die Steuerdatei. Sie können aber auch jede Datei einzeln herunterladen. Dann müssen Sie jeweils den Punkt - also "." - im Dateinamen vor "py" ergänzen. Sie müssen die Dateinamen von "co_2_temperatur_vergleich_hauptpy" in "co_2_temp_vergleich_haupt.py","steuerpy" in "steuer.py","datei_einlesepy" in "datei_einlese.py" und "ausgabepy" in "ausgabe.py" ändern. Leider war es nicht möglich, die funktionierendem Dateiendungen beizubehalten, da der Server eine Fehlermeldung beim Anklicken ausgibt. Im *.tar-Archiv sind alle Dateiendungen richtig, das Programm ist sofort nach dem Entpacken lauffähig.
  3. Dann öffnen Sie ein Konsolenfenster in diesem Verzeichnis (rechter Mausklick im Fenster des Verzeichnisses, dann "Terminal hier öffnen" klicken).
  4. Führen Sie einen Virenscan über dieses Verzeichnis durch. Z.B. ich benutze clamscan mit dem Befehl clamscan -r -i. Sie können natürlich einen anderen Virenscanner benutzen.
  5. In der Konsole wird das Programm mit python3 co_2_temperatur_vergleich_haupt.py gestartet. Es erscheinen die Steuerdaten.
  6. Nach einem Klick auf den "weiter"-Button unten erscheinen der Verlauf der CO2-Konzentration in Abhängigkeit von der Zeit von 1959 bis 2020.
  7. Nach einem Klick auf das Kreuz rechts oben in der Graphikbox wird der Verlauf der globalen Mitteltemperatur für diesen Zeitraum dargestellt.
  8. Nach einem Klick auf das Kreuz rechts oben in dieser Graphikbox erscheint die Darstellung des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur als Funktion des CO2-Gehalts der Atmosphäre
  9. Ein Klick auf das Kreuz rechts oben in der letzten Graphikbox beendet das Programm.


Verlauf des CO2-Gehaltes der Erdatmosphäre

Darstellung des Verlaufs der CO2-Konzentration in der Atmosphäre in Abhängigkeit von der Zeit.
Hier sieht man einen monotonen Verlauf. Die jahreszeitlichen Schwankungen wurden herausgemittelt.


Verlauf der Änderung der Globalen Mitteltemperatur der Erde

Darstellung des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur in Abhängigkeit von der Zeit.
Der Verlauf weißt neben einem mittleren monotonen Verlauf größereSchwankungen auf. Außerdem deutet sich die Erwärmungspause von Ende der 90er Jahre bis ca. 2015 an. Am Anfang bis in die frühen 70er Jahre sieht man ebenfalls eine Verflachung des Verlaufs.


Änderung der Globalen Mitteltemperatur der Erde in Abhängigkeit vom CO2-Gehalt der Erdatmosphäre

Darstellung des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur in Abhängigkeit von der CO2-Konzentration in der Atmosphäre.
Die beiden Störungen im Verlauf - die Erwärmungspause und die Verflachung zu Anfang verschwinden bei dieser Darstellung nicht, wobei die Erwärmungspause von 370 bis 390 ppm CO2-Gehalt deutlicher hervortritt. Abgesehen hiervon weisen die Verläufe einen monotonen Zusammenhang zwischen CO2-Konzentration und globaler Mitteltemperatur hin. Von Skeptikerseite muß weitergeforscht werden. Wie nehmen aber Erwärmungspause und Verflachung als Anreiz auf. Es sei auch auf diese Seite hier von Clive Best verwiesen. Während die Erwärmungspause dort nicht auszumachen ist, fällt die Verflachung deutlicher aus, was möglicherweise daran liegt, daß die Zeitreihen weiter zurückreichen.

Quelle für CO2-Gehalt
Quelle für globale Mitteltemperaturänderungsreihe

Das zweite Programm - Fourieranalyse von CO2-Gehalt und Temperaturänderung

Dokumentation
Archiv für python
Hauptrogramm in python
Steuereinheit in python
Einleseeinheit in python
Recheneinheit in python
Zurückrechner in python
Ausgabeeinheit in python
Steuerdatei
Datei mit CO2-Gehalten
Datei mit Temperaturabweichungen

Benutzung des Programms

  1. Zuerst erstellen Sie ein Verzeichnis, in dem Sie das Programm "co_2_temperatur_fourier" laufen lassen wollen.
  2. In diesem Verzeichnis benötigen Sie alle Quelldateien, die Steuerdatei "steuer.txt", die beiden Eingabedateien "co_2_eingabe.dat" und "temperaturanstieg_eingabe.dat". Am einfachsten ist es, das *.tar-Archiv herunterladen und im Zielverzeichnis zu entpacken. Das Archiv enthält die 6 Quelldateien, die beiden Eingabedateien, die Steuerdatei sowie die Dokumentation des Programms als *.pdf. Sie können aber auch jede Datei einzeln herunterladen. Dann müssen Sie jeweils den Punkt - also "." - im Dateinamen vor py ergänzen. Sie müssen also die Dateinamen von "co_2_temperatur_fourier_hauptpy" in "co_2_temperatur_fourier_haupt.py", "steuerpy" in "steuer.py", "datei_einlesepy" in "datei_einlese.py", "rechnerpy" in"rechner.py", "zurueck_rechnerpy" in"zurueck_rechner.py" und "ausgabepy" in "ausgabe.py" ändern. Leider war es nicht möglich, die funktionierendem Dateiendungen beizubehalten, da der Server eine Fehlermeldung beim Anklicken ausgibt. Im *.tar-Archiv sind alle Dateiendungen richtig, die Programme sind sofort nach dem Entpacken lauffähig.
  3. Dann öffnen Sie ein Konsolenfenster in diesem Verzeichnis (rechter Mausklick im Fenster des Verzeichnisses, dann "Terminal hier öffnen" klicken).
  4. Führen Sie vorsichtshalber einen Virenscan über dieses Verzeichnis durch. Z.B. ich benutze clamscan mit dem Befehl clamscan -r -i. Sie können natürlich einen anderen Virenscanner benutzen.
  5. Die Eingabedaten befinden sich in der Datei "steuer.txt", sie müssen nicht mit der Tastatur eingegeben werden. Sie werden nach dem Programmstart sofort in einer Messagebox ausgegeben.
  6. Mit python3 co_2_temperatur_fourier_haupt.py startet man das Programm in der Konsole und die Werte aus der Steuerdatei werden in der Konsole und in einer Message-Box angezeigt.
  7. Nach einem Klick auf den "Weiter-"Button wird die Rechnung gestartet.
  8. Das Programm zeigt die Verläufe des CO2-Gehalts und des Temperaturanstiegs zweimal an. Einmal mit Werten direkt aus der Datei, einmal aus der Rückrechnung aus den Fourier-Koeffizienten.
  9. Danach werden die Cosinus- und Sinusspektren des CO2-Gehalts und des Temperaturanstiegs angezeigt.
  10. Nach einem linken Mausklick auf das Kreuz rechts oben gelangt man von einer Graphik zur nächsten.
  11. Mit einem weiteren linken Mausklick auf das Kreuz rechts oben wird das Programm beendet.

Zuerst ist wichtig, daß die Darstellungen der Verläufe durch die Fourier-Reihen den Originalreihen gleich sind. Beim CO2-Gehalt sieht es gut aus:

Bei der Temperaturabweichung auch:

Bei den Vergleichen der Fourier-Koeffizienten fällt zunächst auf, daß die beiden Spektra (Cosinus- und Sinusanteil) der CO2-Konzentration "glatter" aussehen als die des Temperaturanstiegs.