Klimamodelle

Aus Klimawandel

Ein Klimamodell ist ein Computer-Modell zur Berechnung und Vorhersage des Klimas für einen bestimmten Zeitabschnitt. Sie stellen die komplexesten und rechenaufwendigsten Computermodelle dar, welche bisher entwickelt wurden.

Warum gibt es Klimamodelle?

In keinem Labor kann die Komplexität des Klimasystems annähernd hergestellt werden, sodass Experimente klären könnten, wie sich das Verhalten der Menschen in Zukunft auf die Erde auswirken könnte. Wir könnten nur direkt an unserer Erde herumexperimentieren, was wir auch schon tun, doch haben wir dazu nur einen Versuch, da uns nur eine Erde zur Verfügung steht. Daher bleibt nur die Möglichkeit Experimente mit der Erde mit Hilfe von Computer gestützten Modellen zu simulieren um mögliche Folgen unseres Handelns abschätzen zu können.

Um solche "Vorhersagen" machen zu können, ist es nötig, die komplexen Wechselwirkungen des Klimasystems zu verstehen und in Modellen abzubilden, da nur so die Folgen einer Störung des Systems durch anthropogene Treibhausgasemissionen richtig eingeschätzt werden können. Aufgrund der Komplexität und Nichtlinearität des Klimasystems können solche Modelle nur mit Hilfe der leistungsfähigsten Computer erfolgversprechende Prognosen über den Ausgang des Klimaexperiments machen.

Getestet werden solche Modelle durch die Simulation des gegenwärtigen und des vergangenen Klimas, wobei die Modellsimulationen gleichzeitig dem Verständnis von bereits erfolgten Klimaänderungen dienen, z.B. der Einsicht in die Mechanismen, die für den Wechsel von Kalt- und Warmzeiten in den letzten zwei Millionen Jahren verantwortlich sind. Von grundlegender Bedeutung ist dabei die zunehmende Datenmenge über das gegenwärtige und vergangene Klima, die in die Modelle eingeht, an der sie geeicht werden und zu deren systematischem Verständnis die Modelle beitragen.

Inzwischen werden Computermodelle auch genutzt, um die Folgen des Klimawandels auf Natur und Gesellschaft zu ermitteln, und dienen damit zunehmend als Instrumente in der politischen Entscheidungsfindung. Angestrebt wird eine Entwicklung zu einem Modell des "Systems Erde", das möglichst alle Komponenten des Klimasystems einschließlich ihrer Rückkopplungen und der externen Störungen simuliert. Ein solches "Erdsystemmodell", das enorm viel Rechenkapazität erfordert, soll künftig auch die Folgen z.B. auf marine und terrestrische Ökosysteme und die Rückwirkungen auf die menschliche Gesellschaft darstellen.

Wie funktionieren Klimamodelle?

Schema eines gekoppelten Ozean-Atmosphäremodells mit weiteren angegliederten Modellen

Klimamodelle simulieren das Klimasystem der Erde und seine Veränderungen auf der Grundlage von physikalischen Gesetzen durch mathematische Gleichungen, die in einem dreidimensionalen Gitternetzsystem rund um den Globus gelöst werden. Diese Gleichungen bilden, soweit möglich, die einzelnen Komponenten des Klimasystems und ihre komplexen Wechselwirkungen ab. Wie alle Modelle stellen auch Klimamodelle komplexe Vorgänge vereinfacht dar und sind damit nur ein vergröbertes Abbild der Realität, dienen aber gerade dadurch auch dem Verständnis hochdifferenzierter dynamischer Systeme. Ziel gegenwärtiger Klimamodelle ist es, durch die Einbeziehung möglichst vieler relevanter Prozesse die Wirklichkeit so realitätsnah wie möglich abzubilden.

Auflösung von Klimamodellen

Europa und der Nordatlantik bei unterschiedlicher Modellauflösung

In Klimamodellen kann nicht jedes Luft- und jedes Wasserteilchen an jedem Punkt der Erde dargestellt werden. Daher wird die Erde mit einem dreidimensionalen Gitter überzogen, d.h. Atmosphäre und Ozean werden in Gitterzellen zerlegt, und nur für die Dynamik an den Gitterpunkten Gleichungen erstellt. Wie gut auf diese Weise das wirkliche Klima simuliert wird, hängt von der Maschenweite des Gitternetzes ab, die wiederum eine Folge der verfügbaren Computerleistung ist.

Was für Klimamodelle gibt es?

Klimamodelle werden nach ihrer Auflösung und den Subsystemen, die sie mit einbeziehen unterschieden.

Globale Klimamodelle

Regionale Klimamodelle

Globale Vorhersagen sagen wenig über die Klimaänderungen in Staaten oder Regionen aus. Für eine Abschätzung von Klimafolgen, wie etwa der Veränderung der Vegetationsdecke oder der Zunahme von Überschwemmungen infolge höherer regionaler Starkniederschläge, sind realistische regionale und lokale Klimaprognosen unerlässlich. Vor allem an solchen Klimaprognosen sind die politischen Entscheidungsträger interessiert. Selbst die aktuellsten globalen gekoppelten Ozean-Atmosphären-Modelle besitzen aber für regionale und lokale Prognosen, die eine Auflösung von deutlich unter 100 km erfordern, immer noch eine zu große Maschenweite. Da allein eine Verdopplung der horizontalen Auflösung eine achtfache Steigerung des erforderlichen Rechenaufwandes bedeutet, sind hier aus Kostengründen und von der Computerleistung her Grenzen gesetzt.

Wo liegen die Grenzen von Klimamodellen?

Siehe auch

Literatur

Weblinks

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