Was sind Klimamodelle?

Der durch den Menschen verursachte Klimawandel hat ein starkes gesellschaftliches und politisches Interesse an einer quantitativen Abschätzung der zukünftigen Klimaänderung hervorgerufen. Wie wird sich das Klima in den nächsten Jahrzehnten ändern? Welche Folgen wird das für bestimmte Regionen haben? Wichtige Instrumente für die Abschätzung von Klimaänderungen sind hochkomplexe Klimamodelle.

Was sind Klimamodelle?

Schema eines gekoppelten Ozean-Atmosphäremodells mit weiteren angegliederten Modellen
Abb. 1:
Schema eines gekoppelten Ozean-Atmosphäremodells mit weiteren angegliederten Modellen2

Wie alle Modelle sind auch Klimamodelle vereinfachte Abbildungen der Wirklichkeit. Daher können sie das Klimasystem und seine Veränderungen natürlich nicht vollständig repräsentieren. Dennoch sind sie sehr gut in der Lage, wichtige Erkenntnisse über die Folgen von natürlichen und menschlichen Einflüssen auf das Klimasystem zu liefern und dessen grundlegende Prozesse zu verstehen.

Klimamodelle beruhen auf mathematischen Gleichungen, die die grundlegenden physikalischen Gesetze ausdrücken, wie die Gesetze der Massen-, Impuls- und Energieerhaltung. Die Änderungen der verschiedenen Größen (z.B. Temperatur, Druck, Feuchte usw.) mit der Zeit werden auf einem drei-dimensionalen Gitter von Zeitschritt zu Zeitschritt berechnet. Klimamodelle können unterschiedlichen Zwecken dienen, zum Beispiel dem Verständnis bestimmter Prozesse, Wechselwirkungen und Gesetzmäßigkeiten des Klimasystems, der Simulation des vergangenen Klimas oder der Projektion künftiger Klimazustände. Außerdem werden Klimamodelle zu Lehrzwecken eingesetzt. Je nach Anwendung werden Modelle unterschiedlicher Komplexität benutzt.

Die Motivation für die Verwendung von numerischen Klimamodellen ist einfach zu verstehen: In keinem Versuchslabor kann die Komplexität des Klimasystems mit allen seinen Wechselwirkungen auch nur annähernd hergestellt werden. Dies jedoch wäre Voraussetzung, um verstehen zu können, wie sich der Lebensstil der Menschen auf die Erde in Zukunft auswirken kann. Daher arbeitet die Klimaforschung seit Jahrzehnten daran, das Klimasystem immer besser durch numerische Modelle zu erfassen, die auf Großrechnern Klimasimulationen erzeugen.

Video zum Verständnis von Klimamodellen:

Klimamodelle einfach erklärt Erklärvideo des Uni-HH-Projekts "Energy transfers in Atmosphere and Ocean"

Anmerkungen:
1. Stocker, T. (2008): Einführung in die Klimamodellierung, Universität Bern, Vorlesung 2008
2. Eigene Darstellung (D. Kasang), Lizenz: CC BY-NC-SA

Autor: