Schwächen

Vorsicht bei Extremwerten

Da die meisten globalen Klimamodelle eine zu grobe Auflösung sowie manche auch systematische Fehler aufweisen, werden vor allem extreme Ereignisse nicht oder nur unzureichend abgebildet. Dies gilt insbesondere für die Stärke, Häufigkeit und räumliche Verteilung von extremen Niederschlagsereignissen.

Beim Niederschlag sind regional sehr große Abweichungen zwischen Klimamodellen und Beobachtungsdatensätzen festzustellen (Bsp. in Abb. 1). Besonders markant sind diese in den Tropen, hier tritt das typische „Doppel-ITC-Problem“ auf: Während direkt am Äquator der Niederschlag stark unterschätzt wird, werden weiter nach Norden bzw. Süden zu große Regenmengen simuliert. Ein Querschnitt in Nord-Süd-Richtung würde eine zweigipflige Niederschlagsverteilung ergeben, was der Realität mit nur einem Maximum über dem Äquator nicht entspricht. Dieses Problem zeigt sich noch in vielen globalen Klimamodellen und ist Gegenstand intensiver Untersuchungen.

1-4-5_1_Niederschlagsabweichung
Abb. 1: Abweichung des mittleren Niederschlags zwischen Klimamodell (GFCM 2.0) und Beobachtungsdaten für den Zeitraum 1979–2006 (Bader u.a. 2008, bearbeitet).

Schwierigkeiten mit seltenen und kleinräumigen Extremereignissen

Globalmodelle sind aufgrund ihres Aufbaus und ihrer räumlichen Auflösung noch nicht in der Lage, sämtliche Extremwerte realistisch wiederzugeben. Naturgemäß zeichnen sich außergewöhnliche Ereignisse dadurch aus, dass sie sehr selten und meist sehr kleinräumig auftreten, was von einem globalen Klimamodell mit 150–200 km Gitterpunktsweite nicht aufgelöst werden kann.

Dennoch können großräumige Extremwerte der Temperatur, wie etwa Hitzeperioden, in ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit und Magnitude mit einem globalen Klimamodell annähernd abgebildet werden. Im Gegensatz dazu wird die Intensität, Frequenz und Verteilung von extremen Niederschlägen meist nicht richtig simuliert. Mit zunehmender Modellentwicklung zeigt sich jedoch, dass höhere räumliche Auflösung begleitet von einer Verbesserung der Modellphysik eine bessere Wiedergabe von Extremniederschlägen bringt. Auflösung und Modellphysik können nicht losgelöst voneinander betrachtet werden: Beim Niederschlag etwa entsteht mit verbesserter Auflösung die zunehmende Notwendigkeit und gleichzeitig faszinierende Möglichkeit, die Vorgänge der Turbulenz und Konvektion besser in das Modell zu integrieren.

Der tatsächliche Rückgang des Meereis wird unterschätzt

Ein Element, welches von globalen Klimamodellen im Moment noch nicht befriedigend wiedergegeben werden kann, ist die Entwicklung der Meereisausdehnung. Abbildung 2 zeigt die Simulation des arktischen Meereises aus einer Vielzahl an globalen Klimamodellen im Vergleich mit Beobachtungsdaten. Der Rückgang des Meereises wird von den Modellen deutlich unterschätzt, die Beobachtungen liefern einen wesentlich steileren Abwärtstrend. Es ist anzunehmen, dass gewisse Rückkopplungsmechanismen im arktischen Klima noch nicht vollständig verstanden und implementiert sind.

1-4-5_2_Meereisabweichung
Abb. 2: Vergleich des Verlaufs der Ausdehnung des arktischen Meereises zum jahreszeitlichen Minimum im September aus Modellsimulationen (Mittelwert als schwarze Linie, Standardabweichung als unterbrochene schwarze Linie) und Beobachtungsdaten (rote Linie) (Stroeve 2007).

Unsicherheitsfaktor Verweildauer

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor besteht in der Abschätzung der Verweildauer der Treibhausgase in der Atmosphäre. Speziell beim Kohlendioxid gibt es erheblich unterschiedliche Annahmen mit einer Spannweite zwischen 15 und 200 Jahren.

 

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)

Randall D.A., Wood R.A., Bony S., Colman R., Fichefet T., Fyfe J., Kattsov V., Pitman A., Shukla J., Srinivasan J., Stouffer R.J., Sumi A., Taylor K.E. (2007): Climate models and their evaluation. 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, 589–662

Stroeve J., Holland M.M., Meier W., Scambos T., Serreze M. (2007): Arctic sea ice decline: Faster than forecast. Geophysical Research Letters 34, L09501, doi:10.1029/2007GL029703

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