Ozeanwärme

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Wärmepuffer Ozean

Vorabbemerkung: Die Website des Hamburger Bildungsservers über die Ozeanerwärmung wurde aktualisiert und die Addresse wurde verändert. Die Sichtung und Anpassung dieser Seite hier wird demnächst durchgeführt.

Auf die Idee eine Seite mit diesem Titel zu erstellen brachte mich diese Seite des Hamburger Bildungsservers mit dem Titel "Die Erwärmung des Ozeans". Wenn man herunterscrollt zu den Abbildungen 5 und 6, dann fällt einem die enorm große Skalierung der Diagramm-Ordinate auf: die Wärmemenge des Ozeans bis in eine Tiefe von 700 m hat seit 1955 um ca. 19 ∙ 10²² Joule zugenommen. Der Wärmeinhalt dieser Wassermasse ist natürlich groß. Hinter dieser großen Zahl verbergen sich gemessene Temperaturanstiege. Diese rechnet das beiliegende Programm näherungsweise aus.

Weiterhin steht auf dieser Seite:

"Zwischen 1971 und 2010 hat die Erde durch den Anstieg der Treibhausgaskonzentration eine Energiemenge von 274 ZJ (1 Zettajoule= 10²¹ Joule ) gewonnen. 93 % dieser Energiemenge ist im Mittel über den Zeitraum 1971-2010 in den Ozean gegangen. Der obere Ozean (0-700 m) hat 64 %, der tiefere (700-2000 m) 29 % aufgenommen. 3 % sind in das Schmelzen von Eis eingegangen, ebenfalls 3 % durch die Erwärmung der Landoberfläche der Kontinente und 1 % durch die Erwärmung der Atmosphäre. Die Erwärmung bis 2000 m Tiefe des Weltozeans hat zwar zwischen 1955 und 2010 nur 0,09 °C betragen. Würde man jedoch die 24 ∙ 10²² Joule, die diese Erwärmung bewirkt haben, auf die unteren 10 km der Atmosphäre übertragen, würde sich diese Atmosphärenschicht um 36 °C erwärmen."

Aus der Graphik und dem Text können wir folgende Informationen ziehen:

	Zeitraum
Nr.	von	bis	Bilanzraum	Δ Q	Δ T	Bemerkung
1	1955	2018	Ozean 0 bis 700m	19 ∙ 10²² J	?	Abb. 5 abgelesen
2	1971	2010	ganze Erde	27.4 ∙ 10²² J	?	Text
3	1971	2010	Ozean 0 bis 2000m	0.93 ∙ 27.4 ∙ 10²² J	?	Text
4	1971	2010	Ozean 0 bis 700m	0.64 ∙ 27.4 ∙ 10²² J	?	Text
5	1971	2010	Ozean 700m bis 2000m	0.29 ∙ 27.4 ∙ 10²² J	?	Text
6	1955	2010	Ozean 0 bis 2000m	24 ∙ 10²² J	0.09 K	Text
7	1955	2010	Atmosphäre bis 10000m	24 ∙ 10²² J	36 K	Text, fiktiv

Hierbei sind die Temperaturdifferenzen, die dem Energiezuwachs entsprechen, unbekannt bis auf die in Zeile 6 und 7 erwähnten. Diese rechnet das Progamm aus bzw. nach.

Was, wenn die Messungen zur Bestimmung der Ozeanerwärmung - wie alle Messungen - fehlerbehaftet wären? Wie hoch wäre ein fiktiver Treibhauseffekt bei einem Meßfehler von 0,01 Kelvin? Auch das rechnet das Programm aus.

Umgang mit dem Programm

Um aus hier gegebene Programm zum Laufen zu bringen sollte man wie folgt vorgehen:

Zuerst erstellen Sie ein Verzeichnis, in dem Sie dieses Programm laufen lassen wollen.
In diesem Verzeichnis benötigen Sie die Quellcode-Dateien, d.h. die python3-Dateien "ozeanwaerme_haupt.py", "steuer.py", "eingabe.py", "rechner.py" und "ausgabe.py" sowie die Eingabedatei "eingabe.dat" und die Steuerdatei "steuer.txt" in Ihrem Verzeichnis. 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 Eingabedatei "eingabe.dat". 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 "ozeanwaerme_hauptpy" in "ozeanwaerme_haupt.py","steuerpy" in "steuer.py","eingabepy" in "eingabe.py", "rechnerpy" in "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.
Dann öffnen Sie ein Konsolenfenster in diesem Verzeichnis (rechter Mausklick im Fenster des Verzeichnisses, dann "Terminal hier öffnen" klicken).
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.
In der Konsole wird das Programm mit python3 ozeanwaerme_haupt.py gestartet. Es erscheinen die Steuerdaten.
Nach einem Klick auf den "weiter"-Button unten erscheinen die weiteren Eingabedaten.
Nach einem Klick auf den zweiten "weiter"-Button berechnet das Programm die Massen des Ozeanwassers bis in 700m bzw. 2000m Tiefe, den Temperaturanstiege des Meerwassers Aufgrund der Erwärmung sowie den Temperaturanstieg der Troposphäre, der der Wärmemenge von 24 ∙ 10²² J entspricht. Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm angezeigt und in die Ausgabedatei "ausgabe.dat" geschrieben.
Nach einem Klick auf den dritten und letzten "weiter"-Button erscheint die Atmosphärentemperatur, die einem Meßfehler in der Ozeantemperatur von 0.01 K entspricht.
Ein Klick auf den "Programmende"-Button beendet das Programm.

Dokumentation

Archiv für python

Hauptrogramm in python

Steuereinheit in python

Eingabeeinheit in python

Recheneinheit in python

Ausgabeeinheit in python

Steuerdatei

Datei mit Wärmemengen

Das Programm rechnet die Temperaturdifferenzen aus, so daß die Fragezeichen ersetzt werden können:

	Zeitraum
Nr.	von	bis	Bilanzraum	Δ Q	Δ T	Bemerkung
1	1955	2018	Ozean 0 bis 700m	19 ∙ 10²² J	0.188 K	Abb. 5 abgelesen
2	1971	2010	ganze Erde	27.4 ∙ 10²² J	-	Text
3	1971	2010	Ozean 0 bis 2000m	0.93 ∙ 27.4 ∙ 10²² J	0.088 K	Text
4	1971	2010	Ozean 0 bis 700m	0.64 ∙ 27.4 ∙ 10²² J	0.174 K	Text
5	1971	2010	Ozean 700m bis 2000m	0.29 ∙ 27.4 ∙ 10²² J	0.42 K	Text
6	1955	2010	Ozean 0 bis 2000m	24 ∙ 10²² J	0.083 K	Text
7	1955	2010	Atmosphäre bis 10000m	24 ∙ 10²² J	51.57 K	Text, fiktiv

Wir sehen, daß die den Wärmemengen zugrundeliegenden Temperaturdifferenzen sehr klein sind, womit sich die Frage stellt, ob Meßfehler oder Fehler durch die Auswahl der Meßorte dominieren. Die Temperaturdifferenz in Zeile 6 differiert geringfügig vom vorgegebenen Wert. Die Temperaturdifferenz in Zeile 7 (fiktiver Treibhauseffekt) differiert enorm, das kann an der der Rechnung zugrundeliegenden Masse der Troposphäre liegen. Der genaue Wert ist hier auch weniger interessant, interessanter ist die Größenordnung.

Der von Klimaskepsis-mit-dem-PC angenommene Meßfehler von 0.01 K hätte eine fiktiven Treibhauseffekt von 6.195 K in das Klimasystem " hineinerzeugt". Dieser Wert wird in der Größenordnung stimmen, es wird ihm aber der selbe Fehler innewohnen wie im fiktiven Treibhauseffekt in Zeile 7.

Klar ist aber: der Ozean stellt einen enorm wirksamen Wärmepuffer dar. Außerdem werden Vorgänge im Ozean (wie die Nordatlantische Oszillation) einen großen Einfluß auf die Atmosphäre ausüben.

Quellen:
Oberfläche des Meeres:	3.6057 * 10¹⁴ m²
Dichte des Ozeanwassers:	1.025 * 10³ kg / m³
spez. Wärmekapazität des Ozeanwassers:	3.900 * 10³ J/(kg*K)
Masse der Erdatmosphäre:	5.15 * 10¹⁸ kg
Anteil der Tropossphäre:	0.9
spez. isobare Wärmekapazität der Luft:	1.005 * 10³ J/(kg*K)
Wärmegewinn des Ozeans bis 700m Tiefe:	20.0 * 10²² J

ps: die Klimaseite des Hamburger Bildungsservers gehört zu den hochwertigen Seiten zu diesem Thema. Die offizielle Version ist dort sehr gut dargestellt.

pps: Temperaturdifferenzen werden in Kelvin angegeben. Klimaskepsis-mit-dem-PC hält diese Norm ein.

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