Herausforderungen

Innovationsschübe der nahen Zukunft

Die bestehenden Unsicherheiten in der Klimamodellierung zeigen die Grenzen der Interpretationsmöglichkeiten auf. Für die Modelleuere selbst bilden sie allerdings die Motivation für ständige Verbesserungen. Wo verlaufen die derzeitigen Hauptstoßrichtungen in diesem jungen Forschungszweig?

Aufgrund des großen personellen und finanziellen Einsatzes betreiben nur wenige Länder ihr eigenes globales Klimamodell. Bekannte Beispiele sind ECHAM5 (Deutschland), UKMO-HadCM3 (Vereinigtes Königreich), MIROC (Japan), CCCMA (Kanada), GISS GCM ModelE (USA), GFDL-CM (USA) und CCSM3 (USA).

Globale Klimamodelle in Form von atmosphärischen Zirkulationsmodellen gibt es seit den späten 1950er-Jahren. Erst seit den 1980er-Jahren sind sie das tragende Fundament zum Verständnis des globalen Klimasystems. Ein Entwicklungssprung war die Kopplung der Atmosphärenmodelle mit dynamischen Ozeanmodellen in der 1990er-Jahren. Mit diesem Schritt war es möglich geworden, dem wichtigen Einfluss der Ozeane auf die Klimaentwicklung gerecht zu werden.

Globalmodelle auf dem Weg zum Erdsystemmodell

Die Hoffnungen in der globalen Klimamodellierung ruhen nun auf Innovationsschüben durch die vollständige Kopplung von Atmosphäre, Ozeanen, Kryosphäre und Biosphäre. Hinsichtlich der Meerespiegeländerungen werden wesentliche Verbesserungen aus der Implementierung der Kyrosphäre erwartet. Hinsichtlich realistischerer Niederschlags- und Verdunstungsprozesse hoffen die Modelleuere auf die Implementierung einer dynamisch modellierten Pflanzendecke. Die meisten Subsysteme dieser beiden Sphären wurden in den bisherigen Klimasimulationen noch gar nicht berücksichtigt! Sollte in Zukunft das Zusammenspiel aller Erdsphären umfassend nachvollzogen werden, wäre der Idealfall eines Erdsystemmodells erreicht.

Regionalmodelle vor Entwicklungssprung

Die Entwicklung regionaler Klimamodelle geht ebenfalls in die Richtung höherer räumlicher Auflösung und zu dem Versuch sehr kleinskalige Prozesse physikalisch zu modellieren. Beispielsweise könnten Phänomen, welche zur Bildung von extremen Niederschlagsereignissen beitragen, wie starke Vertikalbewegungen oder die Kopplung zwischen regionaler Zirkulation und Konvektion, damit aufgelöst werden. Obwohl regionale Klimamodelle noch nicht in der Lage sind, die extremsten Niederschläge wiederzugeben, bieten sie immer noch bessere Ergebnisse als die globalen Modelle. Die höhere räumliche Auflösung verbessert aber nicht nur die Niederschlagsmodellierung, auch andere Klimaelemente wie Lufttemperatur, Wind und deren Extremwerte werden dadurch in ihrer Variabilität realistischer wiedergegeben.

Die Anstrengungen in der regionalen Klimamodellierung gehen derzeit in Richtung der Kopplung regionaler Atmosphärenmodelle mit hochauflösenden Ozeanmodellen, was bisher nur für globale Modelle möglich war. Das ist auch für den Alpenraum und Österreich von Bedeutung, da bestimmte Niederschlagsmuster, und oft auch Extremereignisse, vom Feuchtetransport von der Adria her gesteuert werden. Die ersten derartigen Versuche sind im Gang.

 

Literatur:

Bader D.C., Covey C., Gutowski W.J., Held I.M., Kunkel K.E., Miller R.L., Tokmakian R.T., Zhang M.H. (2008): Climate models: An assessment of strengths and limitations. Washington: Department of Energy, Office of Biological and Environmental Research, 124 Seiten (PDF-Datei; 4,64 MB)

Hegerl G.C., Zwiers F.W., Braconnot P., Gillett N.P., Luo Y., Marengo Orsini J.A., Nicholls N., Penner J.E., Stott P.A. (2007): Understanding and attributing climate change. In: Solomon S., Qin D., Manning M., Chen Z., Marquis M., Averyt K.B., Tignor M., Miller H.L. (Hg.): Climate change 2007: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, New York: Cambridge University Press,   ISBN 9780521705967, 663–745

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