Klimamodelle: Klimaprojektionen
Die in der Öffentlichkeit bekannteste Anwendung von Klimamodellen besteht in der Projektion des möglichen Klimawandels durch den Menschen in die Zukunft. In Klimaprojektionen wird auf der Basis von Emissionsszenarien die Klimaentwicklung vor allem bis zum Jahr 2100 simuliert. Einige Projektionen werden auch für längere Zeitskalen gemacht, so zum Beispiel bis 2300. Für bestimmte Fragestellungen, z. B. zum Anstieg des Meeresspiegels oder zum Abschmelzen der großen Eisschilde, werden mit weniger komplexen Modellen auch Rechnungen über die nächsten 1000 Jahre oder mehr durchgeführt.
Abb. 1: Änderung der mittleren bodennahen Lufttemperatur bis 2081-2100 im Vergleich zu 1986-2005 nach dem Szenario RCP2.6 mit sehr geringen Emissionen, bei dem die globale Mitteltemperatur am Ende des 21. Jahrhunderts weniger als 2 Grad über dem vorindustriellen Wert liegt, und dem Szenario RCP8.5 mit kontinuierlich weiter steigenden Treibhausgasemissionen. Gestreift sind Regionen, in denen das Signal gering im Vergleich zu natürlichen Schwankungen ist, gepunktet sind Regionen, in denen das Signal groß im Vergleich zu natürlichen Schwankungen ist (mehr als 2 Standardabweichungen größer).B1
Die Projektionen über das zukünftige Klima sind jedoch mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Neben der begrenzten Kenntnis des Klimasystems und der Unvollkommenheit der Klimamodelle ist vor allem unklar, wie sich die anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen entwickeln werden, da es keine gesicherten Vorhersagen der Bevölkerungsentwicklung, der Veränderung des Konsumverhaltens, des Energieverbrauchs, der Nutzung von Energiequellen, der technologischen Entwicklung, des Ausbrechens von Kriegen usw. gibt. Auch die Erfolge bzw. Misserfolge der globalen Klimapolitik lassen sich heute nicht abschätzen. Klimaprojektionen ermöglichen daher immer nur „wenn-dann-Aussagen“. Sie beanspruchen nicht, „die“ Zukunft aufzuzeigen, sondern projizieren mögliche bzw. unter bestimmten Bedingungen wahrscheinliche zukünftige Entwicklungen.
Daher hat der Weltklimarat IPCC ein differenziertes Spektrum von Emissionsszenarien für Treibhausgase entwickelt, um auf diese Weise den unterschiedlichen Entwicklungsmöglichkeiten der Weltgesellschaft Rechnung zu tragen. Jedem Szenario entspricht eine charakteristische Entwicklung der Treibhausgas-Konzentrationen. Bei einem bestimmten angenommenen Pfad der CO2-Emissionen, z. B. einer Verdoppelung bis 2050 gegenüber dem vorindustriellen Wert, berechnen – vereinfacht gesagt - Kohlenstoffkreislaufmodelle die aus den Emissionen folgenden atmosphärischen Konzentrationen und allgemeine Zirkulationsmodelle die Auswirkung auf das Klimasystem. Ähnlich geht man bei den übrigen anthropogenen Treibhausgasen und Aerosolen vor.
Für den 5. IPCC-Bericht von 2013 wurden neue Szenarien entwickelt. Sie werden als Representative Concentration Pathways (RCPs) bezeichnet. Sie sind repräsentativ, weil die vier Szenarien RCP2.6, RCP4.5, RCP6 und RCP8.5 für eine größere Anzahl von in der wissenschaftlichen Literatur veröffentlichten Szenarien stehen. Es handelt sich bei den RCPs um Konzentrations-Pfade, weil bei ihnen die Treibhausgas-Konzentration und der Strahlungsantrieb den Ausgangspunkt bilden und nicht wie bei den traditionellen Szenarien sozio-ökonomische Entwicklungen. Ein Ziel dieser veränderten Vorgehensweise ist es, in den Modellsimulationen die Unsicherheiten in den Kausalketten zu verringern, indem die Szenarien nicht wie früher von den möglichen sozioökonomischen Entwicklungen abgeleitet werden. Vielmehr wird der künftige Strahlungsantrieb im Vergleich zum vorindustriellen Antrieb einfach gesetzt. So steht RCP6.0 für einen zusätzlichen Strahlungsantrieb durch anthropogene Treibhausgase von 6,0 W/m2 im Jahre 2100 im Vergleich zu 1850. Damit werden die Unsicherheiten in der Darstellung des physikalischen Klimas der Zukunft auf die Simulation der klimatischen Änderungen als Folge des Strahlungsantriebs der festgesetzten Treibhausgaskonzentrationen begrenzt.1
Für die Klimaschutzpolitik bleibt allerdings die Frage entscheidend, welche sozio-ökonomischen Entwicklungen zu den jeweiligen Strahlungsänderungen führen. Die RCP-Szenarien sind daher in den letzten Jahren durch die sog. SSP-Szenarien (Shared Socioeconomic Pathways, dt.: Gemeinsame Sozioökonomische Entwicklungspfade) ergänzt worden. Sie stellen anders als die RCP-Szenarien und ähnlich wie die älteren SRES-Szenarien die globalen gesellschaftlichen, demographischen und ökonomischen Veränderungen der Weltgesellschaft in den Mittelpunkt und gehen bereits in die jüngste Modellgeneration CMIP6 für den 6. Sachstandsbericht des Weltklimarats ein.
Anmerkungen:
1. Flato, G. (2011): Earth system models: an overview, WIREs Climate Change 2, 783–800. doi: 10.1002/wcc.148
Bildquellen:
B1. IPCC, 2014: Klimaänderung 2014: Synthesebericht. Beitrag der Arbeitsgruppen I, II und III zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [Hauptautoren, R.K. Pachauri und L.A. Meyer (Hrsg.)]. IPCC, Genf, Schweiz. Deutsche Übersetzung durch Deutsche IPCC-Koordinierungsstelle, Bonn, 2016. Abb. SPM.8