Klimamodellierung

Unser Klimasystem wird gesteuert von einer Reihe sogenannter „Klimaantriebe". Der wichtigste dieser Antriebe ist die Sonne, sie ist der Hauptenergielieferant für das Klimasystem der Erde. Zusätzlich gibt es auch noch andere Steuerungsgrößen. Diese umfassen beispielsweise Treibhausgase, welche einen erwärmenden Effekt auf das Klima haben, oder auch Aerosole, sowohl menschlichen als auch natürlichen Ursprungs, welche eine eher abkühlende Wirkung haben. Der Verlauf des Klimas, die Wechsel zwischen Eiszeiten und Warmzeiten sind gesteuert durch das Zusammenspiel der unterschiedlichen Klimaantriebe.

 

Zurzeit erleben wir einen Anstieg der globalen Mitteltemperatur, wobei die Temperaturänderung regional sehr starke Unterschiede aufweist. Die Forschergemeinschaft geht davon aus, dass ein Teil dieses globalen Temperaturanstiegs auf die Aktivität des Menschen zurückzuführen ist, vor allem durch den Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlendioxid oder Methan, aber auch durch beträchtliche Landnutzungsänderungen innerhalb der letzten Jahrhunderte (IPCC AR5 2013). In Bezug auf die Größe des Anteils gehen die Meinungen allerdings auseinander. Dennoch ist damit zu rechnen, dass die Temperaturen im Laufe des 21. Jahrhunderts weiter ansteigen werden. Für unsere Gesellschaft ist es daher wichtig abzuschätzen, welche Veränderungen im Klimasystem sich durch die Einflussnahme des Menschen in den nächsten Jahren bis Jahrzehnten abzeichnen könnten.

 

Das Werkzeug für die Simulation möglicher zukünftiger Klimazustände sind sogenannte Globale Klimamodelle (Global Climate Models, GCMs). GCMs sind mathematische Modelle, die in digitaler Form die Prozesse in der Atmosphäre simulieren. Die ersten GCMs waren reine Atmosphärenmodelle, mit denen versucht wurde, die Allgemeinzirkulation der Atmosphäre richtig zu simulieren (daher wurde die Abkürzung GCM auch für General Circulation Model verwendet). Bei der neuesten Generation von GCMs ist die atmosphärische Komponente gekoppelt an Ozeanmodelle, Eisschildmodelle, Vegetations- und Landoberflächenmodelle. Man versucht dadurch die vollständigen Prozesse im Erdsystem nachzubilden und spricht daher auch nicht mehr von GCMs im engeren Sinn, sondern von sogenannten Erdsystemmodellen.

 

In State-of-the-art GCMs wird die Erdoberfläche in ein Gitter mit Rasterweiten von etwa 200 bis 100 Kilometer, in manchen Fällen auch darunter, unterteilt. Zusätzlich wird die Atmosphäre als auch der Ozean in 20 bis 40 vertikale Schichten unterteilt. In diesem so entstehenden dreidimensionalen Gitter werden sämtliche Prozesse in der Atmosphäre wie z.B. Wind, Wolken- und Niederschlagsbildung, Energietransfers sowie sämtliche Austauschprozesse mit der Land- und Ozeanoberfläche und der Vegetation mittels mathematischer Gleichungen mit einem Zeitschritt von einigen Minuten berechnet. Das Ergebnis dieser Berechnungen soll eine realitätsnahe Annäherung der Prozesse im Erdsystem sein.

 

Eine Auflösung von 100 km ist natürlich bei weitem nicht genug, um alle relevanten Prozesse für alpine Regionen mit komplexer Topographie zu berechnen. Deswegen werden Regionale Klimamodelle (RCM) mit kleineren Ausschnitten der Erde, aber mit wesentlich höherer Auflösung genutzt. Für diese Website wurde ein Klimamodell mit 10 km Auflösung benutzt. Regionalmodelle erhalten Informationen über die Welt außerhalb ihrer Grenzen von den Globalmodellen und nutzen diese, um die atmosphärische Prozesse innerhalb ihrer Grenzen zu berechnen. Mit Klimamodellen können keine exakten Aussagen getroffen werden. Aber ihre Berechnungen sind in vielen Bereichen sehr nah an den Messungen.

 

Die Karten und Graphiken im Klimamodellierungsteil dieser Website wurden mit dem Modell CCLM und dem A1B-Szenario mit einer Auflösung von 10 km durchgeführt. Mehr Informationen über Klimamodellierung und seine Unsicherheiten können auf den Websiten von IPCC und APCC gefunden werden.

 

 

 

 

Literatur:

IPCC AR5 (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (Hrsg.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 Seiten.

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