Aufgaben von Klimamodellen

Klimamodelle verfolgen zudem im Wesentlichen die im Folgenden beschriebenen Aufgaben. [1]

Klima der nahen und fernen Erdvergangenheit verstehen

Dies ist ein wichtiges Ziel der Paläoklimaforschung. Eine wichtige Aufgabe dabei ist die Synthese von Klimaarchiven und Klimamodellen. Die aus Klimaarchiven, zum Beispiel aus Schalen von Mikroorganismen in Tiefseesedimenten, gewonnenen Messdaten bedürfen einer Korrektur (in Form einer Transferfunktion), um daraus Klimaparameter wie beispielsweise die Meeresoberflächentemperatur ableiten zu können. Ergebnisse von Klimamodellen entstammen hingegen sogenannten Prozessstudien. Diese sind Betrachtungen von Teilaspekten des Klimas unter gegebenen Anfangs- und Randbedingungen, Antriebsmechanismen und unterschiedlichen physikalischen Annahmen des verwendeten Modells.

Beide Methoden, Klimaarchive wie –modelle, sind nicht frei von Mess- und Modellfehlern. Die Archive weisen zum Beispiel nicht optimal angepasste Transferfunktionen auf. Weiterhin können Verunreinigungen in den Messproben oder chemische Veränderungen des Probematerials nach der Probenahme auftreten. In Modellen kann es durch deren generalisierte Darstellung der Realität oder von der Realität abweichenden Anfangs- und Randbedingungen zu Fehlern kommen. Diese Fehler zu minimieren und die Diskrepanz beider Systeme durch verbesserte Messverfahren und Klimamodelle zu reduzieren ist eine der Bemühungen der Paläoklimatologie.

Klima der Zukunft abschätzen

Klimamodelle spielen eine große Rolle in der Diskussion um die vom Menschen verursachten Klimaänderungen. Sie bieten die einzige Möglichkeit um abzuschätzen, wie das Klima auf der Erde in 30, 50 oder 100 Jahren aussehen könnte. Mit einem Klimamodell lässt sich am Computer ein virtuelles Klima simulieren, das auf den bekannten Gesetzmäßigkeiten und Rahmenbedingungen basiert und die realen Prozesse und Zustände zahlenmäßig ausdrückt. Mit ihrer Hilfe kann beurteilt werden, inwiefern eine Fortsetzung der aktuellen menschlichen Aktivitäten zu weiteren Veränderungen unseres Klimas führt, die in der Zukunft unsere Lebensbedingungen in gesundheitlicher, ernährungstechnischer, politischer oder ökonomischer Hinsicht gefährden könnte. Des Weiteren kann mit ihrer Hilfe auch untersucht werden, wie und ob internationale Klimaschutzmaßnahmen in der Zukunft greifen. Darüber hinaus können Klimamodelle lückenlose Datensätze produzieren, die benutzt werden können, um bereits aufgezeichnete Klimadaten zu interpretieren (Reanalyse). [3]

Dies ist von Bedeutung, da zwar in dicht besiedelten Regionen der Erde, wie in Europa oder den Vereinigten Staaten von Amerika, ein sehr engmaschiges Beobachtungsnetz besteht, das den aktuellen Wetterzustand (oder dessen Wahrscheinlichkeit) detailliert wiedergibt und damit langfristig gute Prognosen möglich wären. Allerdings trifft dies nicht für weniger dicht besiedelte Regionen zu, wie beispielsweise Kanada, große Teile Russlands, Eiswüsten in der Antarktis, Trockenwüsten der Sahara, Bergregionen im Himalaya-Massiv, Flächen wie über und innerhalb der großen Ozeane oder den höheren Atmosphärenschichten der Erde. Diese sehr unregelmäßige Verteilung von Messstationen auf der Erde würde die Vorhersagbarkeit stark beeinträchtigen. Um die Messlücken zu schließen, werden Klimamodelle eingesetzt, die mit den bestehenden instrumentellen Messdaten verbunden werden. Die Modelle ermöglichen somit Wettervorhersagen und Klimaprognosen auch für unbesiedelte, zivilisationsferne Regionen der Erde.

Physikalischen Gesetzmäßigkeiten des KIimasystems verstehen

Mit Modellen können z.B. Kenntnisse über Prozesse im Klimasystem gewonnen werden, für die es keine adäquaten Daten gibt. Weiterhin lassen sich bestimmte Einflussfaktoren isoliert betrachten oder unterdrücken (z.B. räumliche und zeitliche Verteilung von Wolken oder deren Rückkopplung mit anderen Klimaparametern), um die Kausalzusammenhänge zwischen Einfluss und Auswirkung quantitativ zu erfassen. Diese Möglichkeiten der wissenschaftlichen Analyse von Sachverhalten wurden erst durch die Entwicklung von Klimamodellen ermöglicht. Durch ein fortschreitendes Prozessverständnis (Verbesserung der Parametrisierung, Berücksichtigung der klimatischen Wirkung von interaktiven Aerosolen, Erforschung der Rolle der Bewölkung im globalen Klimasystem) konnten neue Kenntnisse zum Verständnis des Klimasystems gewonnen werden.

Klimamodelle verbessern und weiterentwickeln

Klimamodelle durch neu gewonnen Erkenntnisse zu verbessern und weiterzuentwickeln ist ebenfalls eine wichtige Aufgabe der Klimamodellierung. Im Zuge von Modellstudien ergeben sich neue Erkenntnisse für die Weiterentwicklung bestehender Klimamodelle. Zugrundeliegende Mechanismen von Modellvorstellungen über die Funktionsweise von Teilprozessen des Klimas werden durch weiterentwickelte Konzepte substituiert oder bestehende Konzepte erweitert. Je besser ein Modell die komplexen räumlichen Muster sowie die saisonalen und täglichen Zyklen des gegenwärtigen Klimas simuliert, desto eher kann man davon ausgehen, dass alle relevanten Prozesse in dem Modell adäquat repräsentiert sind. [4]

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[1] mehr Informationen: Dossier, Klimamodelle, auf der Online Informationsplattform des Climate Service Centers Hamburg, dem „Klimanavigator"
[2] geändert nach T. Stocker, Einführung in die Klimamodellierung, Vorlesungsskript, Physikalischen Institut der Universität Bern, 2008, S. 7
[3] H. Paeth, Klimamodellsimulationen, erschienen in: Der Klimawandel – Einblicke, Rückblicke und Ausblicke (Klimawandel), in W. Endlicher und F.-W. Gerstengarbe (Hrsg.), Der Klimawandel – Einblicke, Rückblicke und Ausblicke, Potsdam 2007, S. 44-55
[4] mehr Informationen: Promet Jahrgang 29 Heft 1-4, meteorologische Fortbildung, „Numerische Klimamodelle- was können sie, wo müssen sie verbessert werden“, Deutscher Wetterdient, 2003, 140 Seiten