Die Temperatur auf der Erde ist durch die Energiebilanz gegeben, die sich aus eintreffender (Sonnen)Strahlung und von der Erde in den kalten Weltraum zurückgehender Strahlung ergibt. Mit der Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein, in dem die mittlere Jahrestemperatur konstant bleibt – die Menge einfallender und ausfallender Strahlungsenergie ist gleich groß. Ohne Erdatmosphäre wäre die mittlere Temperatur auf der Erde -18 °C. Mit dem „natürlichen“ Treibhauseffekt, der sich bis zu Beginn der Industrialisierung eingestellt hatte, lag die mittlere Temperatur bei ca. 15 °C. Inzwischen haben wir durch die Verstärkung des Treibhauseffektes eine um 1,28 °C höhere mittlere Temperatur erreicht.
Zur Berechnung der Energiebilanz verwendet man den effektiven Strahlungsantrieb. Dieser beschreibt die effektive Energie, die pro Sekunde durch die Fläche eines Quadratmeters in 15 km Höhe über der Erdoberfläche fließt (das ist eine effektive Strahlungsenergieflussdichte). Wenn sich der Temperaturhaushalt im Gleichgewicht befindet, also die mittlere Temperatur über die Jahre konstant bleibt, ist der Wert für den effektiven Strahlungsantrieb Null.
Die von der Sonne eingestrahlte Energie hat sich seit 1750 kaum verändert. Die Sonnenaktivität hat sich seit her um 0,024% erhöht. Das Sonnenlicht erreicht die Erde mit 340,4 Watt pro Quadratmetern (bzw. 340,4 J/m2s). Die Erwärmung der Erde, die wir messen, ist etwa 35 mal höher als sie durch die erhöhte Sonnenaktivität zu erklären wäre.
Bei den Beiträgen zum effektiven Strahlungsantrieb aus dem Treibhauseffekt steht das Kohlenstoffdioxid (CO2) an erster Stelle, gefolgt von Methan (CH4). Einen ähnlich großen Beitrag zeigen Halogene (z. B. FKWs und FCKW’s aus Klimaanlagen und Kühlschränken oder industriellen Prozessen) und Lachgas (N2O, Distickstoffmonoxid). Ein kühlender (negativer Effekt) kommt aus vermehrter Wolkenbildung durch Luftverschmutzung mit Aerosolen (feste oder flüssige Schwebeteilchen in der Luft) und die von den Aerosolen direkt zurückgestreute Sonnenstrahlung. Die direkte Rückstreuung von Licht (die Albedo) wurde durch Änderungen in der Landnutzung und Licht absorbierende Partikel auf Eis und Schnee verändert. Insgesamt ergibt sich ein kühlender Effekt.
Wenn man die Beiträge zum effektiven Strahlungsantrieb über die Zeit von 1750 bis 2022 zusammenzählt, kommt man auf einen (kumulierten) effektiven Strahlungsantrieb von 2,79 W/m2. Da sich die zusätzliche Wärme fortwährend verteilt (z. B. in den Ozeanen), wird das Ungleichgewicht ständig abgebaut. Der Anteil, der zurzeit nicht ausgeglichen ist und das momentane Energieungleichgewicht der Erde beschreibt, liegt bei 0,96 W/m2. Dieser Anteil wird zu einer weiteren Erwärmung beitragen.
Aus der Energiebilanz kann das verbleibende CO2 Budget ausgerechnet werden, wenn man die Erderwärmung unter einer bestimmten Temperatur halten will. Um die 1,5 °C Grenze mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % einzuhalten, dürfen einschließlich des Jahres 2023 weltweit nur noch 250 Milliarden Tonnen emittiert werden. Im Jahr 2022 wurden weltweit 37 Milliarden Tonnen ausgestoßen. Sollte es bei dem Ausstoß von 2022 bleiben, hätten wir ab 2023 noch 7 Jahre (bis 2030) um weltweit den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid auf Null zu reduzieren und klimaneutral zu werden.
Die Bevölkerung der Bundesrepublik Deutschland umfasst etwa 1 % der Weltbevölkerung. Damit würden Deutschland (ab 2023) bei gerechter Verteilung des verbleibenden CO2 Budgets noch 2,5 Milliarden Tonnen zustehen. 665 Millionen Tonnen wurden 2022 in Deutschland ausgestoßen. Geht man von einem etwa gleich bleibenden Ausstoß aus, dürften wir nach 2022 noch etwa 3,8 Jahre CO2 emittieren – also bis Ende 2026. Ab 2027 ist damit das Konto für Deutschland leer, wenn die 1,5 °C Grenze eingehalten werden soll und das verbleibende Budget gerecht verteilt werden würde.
Zum effektiven Strahlungsantrieb gibt es zwei Poster.