ECS, TCR UND DAS CO₂-BUDGET · 11. OKTOBER 2026

Die Klimasensitivität zeigt, wie stark sich die Erde bei doppeltem CO₂ erwärmt

Die Klimasensitivität beziffert, wie viel Erwärmung eine Verdopplung des CO₂-Gehalts der Luft auslöst. Forschende haben die Spanne seit 1979 deutlich eingeengt. Sehr niedrige Werte gelten inzwischen als ausgeschlossen, sehr hohe nicht.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 9 Min. LESEN

Die Verdopplung, auf die sich die Klimasensitivität bezieht, rückt in Reichweite. Im Jahr 1750 enthielt die Luft rund 278 ppm CO₂, also Moleküle pro Million Luftteilchen. Im Jahresmittel 2025 maß die US-Wetterbehörde NOAA am Mauna Loa 427 ppm. Mehr als die Hälfte des Weges zu rund 556 ppm liegt damit hinter der Welt (mehr dazu: Keeling-Kurve einfach erklärt).

Für die Klimapolitik zählt die Zahl, weil sie das verbleibende CO₂-Budget mitbestimmt. Je empfindlicher das Klima reagiert, desto früher fällt die Grenze von 1,5 Grad. Klimaforschende haben in den vergangenen Jahren eine Schieflage herausgearbeitet: Niedrige Werte lassen sich gut ausschließen, sehr hohe nur schwer. Wie Treibhausgase die Erde überhaupt erwärmen, setzt dieser Text voraus (mehr dazu: Klimawandel verstehen).

Was ECS, TCR und TCRE messen

Die Gleichgewichts-Klimasensitivität, kurz ECS, beschreibt die Erwärmung, die sich nach einer Verdopplung des CO₂-Gehalts langfristig einstellt. Bis zu diesem Gleichgewicht vergehen Jahrhunderte, weil die Ozeane Wärme nur langsam aufnehmen. Der Weltklimarat IPCC nennt in Kapitel 7 seines Sachstandsberichts von 2021 drei Grad als besten Schätzwert. Mit mindestens zwei Dritteln Wahrscheinlichkeit liegt die Klimasensitivität zwischen 2,5 und vier Grad, mit mindestens 90 Prozent zwischen zwei und fünf Grad.

Die transiente Klimareaktion, kurz TCR, geht von einem CO₂-Gehalt aus, der jährlich um ein Prozent steigt. Sie misst die Erwärmung in dem Jahr, in dem sich der Gehalt verdoppelt hat. Das dauert rund 70 Jahre. Weil der Ozean in dieser Zeit noch Wärme schluckt, fällt die TCR immer kleiner aus als die ECS. Der IPCC beziffert sie auf 1,8 Grad, wahrscheinlich auf 1,4 bis 2,2 Grad.

Die dritte Größe übersetzt die Physik direkt in Emissionen. Die transiente Klimareaktion auf kumulierte CO₂-Emissionen, kurz TCRE, gibt an, wie viel Erwärmung jede ausgestoßene Tonne bringt. Laut der Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger erwärmen je 1.000 Gigatonnen CO₂ die Erde wahrscheinlich um 0,27 bis 0,63 Grad, im besten Schätzwert um 0,45 Grad. Weil dieser Zusammenhang nahezu linear verläuft, lässt sich aus jeder Temperaturgrenze ein CO₂-Budget ableiten.

Wie Arrhenius und Charney die erste Spanne absteckten

Den ersten Schätzwert für die Klimasensitivität legte der schwedische Wissenschaftler Svante Arrhenius 1896 vor. Schon 1900 widersprach ihm der Physiker Ångström mit dem Argument, die Atmosphäre schlucke Infrarotstrahlung bereits vollständig. Mehr CO₂ könne demnach nichts bewirken. Erst ein halbes Jahrhundert später erkannten Physiker, dass Ångström falsch lag, so schildert es der IPCC in Kapitel 7.

1979 setzte eine Arbeitsgruppe des US-amerikanischen National Research Council um Jule Charney die Spanne, die Jahrzehnte überdauern sollte. Ihr Bericht „Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment“ nannte 1,5 bis 4,5 Grad. Eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass der wahre Wert in diesem Bereich liegt, gaben die Autoren nicht an. Der IPCC übernahm die Spanne 2013 im Fünften Sachstandsbericht als wahrscheinlichen Bereich und verzichtete auf einen besten Schätzwert.

Mehr als drei Jahrzehnte lang bewegten sich die Grenzen damit kaum. In dieser Zeit erschienen immer wieder Studien mit meist niedrigeren Werten, vereinzelt auch sehr hohe Schätzungen aus Eiszeitdaten. Die Autor*innen von Kapitel 7 bilanzieren, dass diese Debatten das Verständnis vertieft und den Konsens gestärkt haben.

Wie Forschende die Spanne mit drei Beweislinien eingeengt haben

2020 legte ein internationales Team um den Klimaforscher Steven Sherwood in der Fachzeitschrift Reviews of Geophysics eine Sammelauswertung zur Klimasensitivität vor. Die Gruppe kombinierte drei weitgehend unabhängige Beweislinien. Die erste bildet das Verständnis der Rückkopplungen, also der Prozesse, die eine Erwärmung verstärken oder dämpfen. Die zweite stützt sich auf die Temperaturmessungen seit 1850, die dritte auf das Paläoklima, die Klimageschichte der Erde.

Mit 66 Prozent Wahrscheinlichkeit liegt die Klimasensitivität demnach zwischen 2,6 und 3,9 Grad, mit 90 Prozent zwischen 2,3 und 4,7 Grad. Werte unter zwei Grad lassen sich laut den Autor*innen mit keiner der drei Linien vereinbaren. Gegen Werte über 4,5 Grad spricht vor allem die Abkühlung auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit vor rund 20.000 Jahren.

Auf diese Auswertung stützten sich die Autor*innen des IPCC-Berichts von 2021, als sie die Spanne verengten (mehr dazu: Alarmstufe Rot für die Menschheit). Als vierte Linie zog der IPCC emergente Randbedingungen heran: statistische Zusammenhänge in Modellreihen zwischen einer heute messbaren Größe und der Klimasensitivität. Laut IPCC gelang das, weil Forschende viele Belege zusammenführten und deren Stärken und Schwächen besser verstanden. Gegenüber 2013 stieg vor allem die Untergrenze.

Warum Wolken und Aerosole den Wert unsicher machen

Den größten Beitrag zur verbleibenden Unsicherheit der Klimasensitivität liefern laut IPCC die Wolken. Erwärmt sich die Erde, ändern sich Höhe, Menge und Zusammensetzung der Wolkendecke. Insgesamt verstärken Wolken die Erwärmung, das stuft der IPCC mit hoher Sicherheit ein. Die Unsicherheitsspanne dieser Rückkopplung schrumpfte gegenüber 2013 um etwa die Hälfte.

Wolken reagieren außerdem auf das räumliche Muster der Erwärmung. Der IPCC erwartet, dass die Rückkopplungen über Jahrzehnte stärker verstärkend wirken, sobald sich dieses Muster verschiebt. Fachleute sprechen vom Mustereffekt. Die bisher gemessene Erwärmung grenzt die Klimasensitivität deshalb nach unten robust ein, nach oben allein nicht.

Aerosole, winzige Schwebteilchen etwa aus Schwefelemissionen, werfen Sonnenlicht zurück und hellen Wolken auf. Laut IPCC haben vor allem sie die Erde bis zum Jahrzehnt 2010 bis 2019 um null bis 0,8 Grad gekühlt, gemessen an 1850 bis 1900. Je stärker diese Kühlung ausfiel, desto mehr Treibhauswärme verdecken sie und desto höher liegt die Klimasensitivität, die zur gemessenen Erwärmung passt. Wie viel Energie die Erde zusätzlich aufnimmt, misst das Energieungleichgewicht (mehr dazu: WMO-Klimabericht 2025).

Wie der IPCC sehr hohe und sehr niedrige Schätzungen einordnet

Am oberen Rand argumentiert der Klimaforscher James Hansen von der Columbia University. Im November 2023 veröffentlichte er mit Kolleg*innen in Oxford Open Climate Change die Arbeit „Global warming in the pipeline“. Der Titel heißt auf Deutsch etwa „Erwärmung in der Leitung“. Aus dem Vergleich von Eiszeiten und Warmzeiten leitet das Team eine Klimasensitivität von 4,8 Grad ab, mit einer Unsicherheit von 1,2 Grad. Für die Zeit nach 2010 erwartet es wegen sinkender Aerosol-Emissionen mindestens 0,27 Grad Erwärmung pro Jahrzehnt (mehr dazu: Ist das 2-Grad-Ziel gescheitert?).

Hansens Wert für die Klimasensitivität liegt oberhalb des wahrscheinlichen IPCC-Bereichs, aber innerhalb der sehr wahrscheinlichen Spanne. Werte über fünf Grad kann der IPCC nicht ausschließen. Deshalb versieht er die Obergrenze nur mit mittlerem Vertrauen, alle anderen Grenzen mit hohem.

Verwandt damit ist das Problem der zu heißen Klimamodelle. In der Modellgeneration CMIP6 zeigt etwa ein Fünftel der Modelle mindestens fünf Grad Erwärmung bei doppeltem CO₂. Das ergab eine Auswertung von Zeke Hausfather und vier Mitautor*innen, die im Mai 2022 in Nature erschien. In der Vorgängergeneration CMIP5 lag kein Modell über 4,7 Grad. Der IPCC führt die höheren Werte auf eine um etwa 20 Prozent stärkere Wolkenrückkopplung zurück.

Viele dieser Modelle geben laut Hausfather und Kolleg*innen das vergangene Jahrhundert und die letzte Eiszeit schlecht wieder. Der IPCC gewichtete die Modelle deshalb nach ihrer Übereinstimmung mit Messdaten. Wer alle CMIP6-Modelle einfach mittelt, erhält für 2100 eine um 0,2 bis 0,7 Grad höhere Erwärmung. Die Autor*innen empfehlen, Klimafolgen nach Erwärmungsstufen wie 1,5 oder zwei Grad zu berichten. Feste Jahreszahlen erzeugten ein „falsches Gefühl der Unausweichlichkeit“.

Am unteren Rand stehen Energiebilanz-Schätzungen von Nicholas Lewis und Judith Curry. 2018 errechneten beide im Journal of Climate aus Messdaten einen Median von 1,5 Grad für die ECS und 1,2 Grad für die TCR. Die Hälfte ihrer Verteilung fällt damit in einen Bereich, den der IPCC für praktisch ausgeschlossen hält. Unter 1,5 Grad liegt die Klimasensitivität laut Weltklimarat mit weniger als einem Prozent Wahrscheinlichkeit.

Lewis legte 2022 in Climate Dynamics mit anderer Methode 2,16 Grad vor, ebenfalls unterhalb des wahrscheinlichen IPCC-Bereichs. Der IPCC erklärt solche niedrigen Messwert-Schätzungen mit dem Mustereffekt. Diese Einsicht bringe früher widersprüchliche Schätzungen in Einklang, schreibt der Weltklimarat.

Wie viel CO₂ die Welt für 1,5 und zwei Grad noch ausstoßen darf

Aus der TCRE leitet der IPCC das verbleibende CO₂-Budget ab, gerechnet ab Anfang 2020. Für eine Chance von 50 Prozent, 1,5 Grad einzuhalten, blieben 500 Gigatonnen CO₂, für zwei Drittel Chance 400 Gigatonnen. Für zwei Grad nennt der Weltklimarat 1.350 beziehungsweise 1.150 Gigatonnen.

Die Spreizung zwischen den Zeilen spiegelt vor allem die Unsicherheit der TCRE, ergänzt um weitere Rückkopplungen im Erdsystem. Wer 1,5 Grad mit 83 Prozent Wahrscheinlichkeit halten will, hat nur 300 Gigatonnen. Wie viel davon seit 2020 verbraucht ist, zeigt der Global Carbon Budget 2025.

Auch die Klimaökonomie rechnet mit der Klimasensitivität. Eine Arbeitsgruppe um Martin Hänsel kalibrierte 2020 in Nature Climate Change das Modell DICE neu, unter anderem mit genauerer Energiebilanz und aktualisierten Schadensschätzungen. Danach passten rund drei Viertel der befragten Expertenansichten zur Generationengerechtigkeit zu Pfaden im Einklang mit dem Zwei-Grad-Ziel. Den zweiten großen Hebel solcher Modelle bildet die Diskontrate.

Weil die Erwärmung nahezu linear mit den kumulierten Emissionen wächst, stabilisiert sich die Temperatur laut IPCC erst bei Netto-Null-CO₂. Die Klimasensitivität entscheidet damit über das Tempo, nicht über die Richtung. Jede Tonne, die Solarstrom, Windkraft, Wärmepumpen oder Elektroautos vermeiden, verschiebt den Zeitpunkt, an dem eine Temperaturgrenze fällt. Bei 0,45 Grad je 1.000 Gigatonnen entsprechen 100 Gigatonnen weniger CO₂ rund 0,05 Grad.

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