Wie funktionieren Klimamodelle

Das Thema Klimawandel ist in aller Munde. Die Grundlage der Diskussion liefern Klimamodelle. Was ist ein Klimamodell? Was können solche Modelle leisten? Ein Klimamodell ist der Versuch, die komplexen Phänomene des Klimas in einem mathematisch formulierten Modell abzubilden. Mit diesem Modell wird dann versucht, die Entwicklung des Klimas in Abhängigkeit von Annahmen hinsichtlich äußerer Einflussfaktoren zu prognostizieren. Diese äußeren Faktoren sind im Wesentlichen die Intensität der Sonnenstrahlung, besondere Ereignisse (z.B. Vulkanausbrüche) und die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre.

Heutige Klimamodelle teilen dazu die Erdoberfläche in Quadrate von 250 bis 500 km ein und teilen die Atmosphäre darüber in bis zu 19 Schichten. Und sie konzentrieren sich vor allem auf die Atmosphäre. Viele relevante Wechselwirkungen können nicht abgebildet werden und die recht grobe Zellenaufteilung der Atmosphäre ist auch unbefriedigend. Verbesserungen scheitern einerseits an den verfügbaren Rechnerkapazitäten. Eine Klimasimulation über einen langen Zeitraum erfordert immer noch sehr leistungsfähige Großrechner und beschäftigt diese über lange Zeiträume. Die andere Seite ist immer noch fehlendes oder auch kaum gewinnbares Wissen, dass für Klimafragen wesentlich ist. Zum Beispiel: gravierende Änderungen von Meeresströmungen können eintreten, aber was dies wann eintreten lässt, kann nicht hinreichend zuverlässig ermittelt werden. Sogar über die Zuverlässigkeit und Präzision der Temperaturmessungen gibt es Diskussionen unter den Experten.

Die Leistung der Klimamodelle

Einige Klimamodelle sind recht gut geeignet, den historischen Verlauf der erdnahen Temperaturen über lange Zeiträume in Abhängigkeit der Werte der exogenen Größen recht gut nachzubilden. Solche Modelle wurden ausgesucht, um international anerkannte Vorhersagen über denkbare zukünftige Verläufe des Weltklimas zu ermitteln. Ein Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) oder Weltklimarat hat diese Aufgabe übernommen und liefert in regelmäßigen Abständen die Ergebnisse der Öffentlichkeit und den politischen Entscheidungsträgern.

Was leisten die Modelle

Im Mittelpunkt der Diskussion und der Modellrechnungen steht die Temperatur im Bereich der Erdoberfläche. Mit mehreren konkurrierenden Modellen berechnete IPCC die Entwicklung in Abhängigkeit von Annahmen über die Verläufe der exogenen Größen. Variabel ist hier vor allem der menschliche Einfluss durch die Erzeugung von Treibhausgasen, für die das Kohlendioxid als wichtigster Vertreter herangezogen wird.

Was sagen die Modelle

Die Experten des IPCC haben 35 Entwicklungsszenarien definiert und diese auf 6 Standardszenarien verdichtet. Diese Szenarien liefern dann vor allem die Daten für die Emission von Treibhausgasen und deren Konzentration in der Atmosphäre. Als Endergebnis liegen dann Aussagen über denkbare Entwicklungen der Temperatur an der Eroberfläche vor. Ein Bündel von möglichen Verläufen, gepaart mit statistischen Fehlermaßen, macht die Interpretation der Modellrechnungen schwer. In den letzten Berechnungen ergab sich für das Jahr 2100 im Vergleich zu 1990 eine Bandbreite des Temperaturanstiegs von 1,4 bis 5,8 Grad. Auf der letzten Tagung des Weltklimarates 2007 wurde der obere Wert der Bandbreite schon auf 6,5 Grad heraufgesetzt.

Was bedeuten diese Ergebnisse

Eine zunehmende Konzentration von Triebhausgasen in der Atmosphäre führt zu höheren Temperaturen. Erst die Treibhausgase sorgen dafür, dass die Temperatur der Eroberfläche im Mittel über dem Gefrierpunkt liegt und sie sind damit Voraussetzung für den Wasserkreislauf und damit für die heutigen Lebensformen auf diesem Sonnentrabanten. Das physikalische Prinzip dahinter ist klar.

Die Modelle zeigen nun, was die Menschheit tun muss, um den Temperaturanstieg zu stoppen. Ein stark vereinfachtes Ergebnis ist, dass selbst bei einem stringenten Klimaschutz die Temperatur in den nächsten 50 bis 100 Jahren um zumindest etwa 1,5 Grad steigen wird.

Das andere Extrem heißt fast 6 Grad mehr, wenn alles so weiter geht wie bisher. Und es gibt Warner, die sehen noch größere Temperaturanstiege für diesen Fall.

Die Konsequenzen

Unsere Klimamodelle können nicht zeigen, was die Resultate für einzelne Regionen konkret bedeuten. Aber abschätzbar ist, dass bei einer im Mittel höheren Temperatur der Erdoberfläche extreme Wetterlagen verstärkt auftreten: Wirbelsturmregionen werden größer, Gewitter- und Starkregenwahrscheinlichkeiten steigen an, Stürme nehmen zu. Gleichzeitig kommt es zur Ausdehnung der Trockenzonen auf der Erde. Und der Meeresspiegel steigt an. Die Modellrechnungen gehen von 9 bis 88 cm. Bei Eintritt des oberen Wertes hat dies in vielen Küstenregionen, auch an den europäischen Küsten, spürbare Auswirkungen.

Die Klimamodelle zeigen nicht die Zukunft. Sie zeigen, was in der Zukunft der Menschheit blühen kann. Und geben so Hinweise, wie die Menschheit ihr Verhalten ändern muss, um die zu erwartenden negativen Folgen zumindest abzumildern. Denn kurzfristig stoppen lässt sich die Klimamaschine nicht.

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