Globale Klimamodellierung Hoch entwickelte Klimamodelle versuchen, das Klima so realitätsnah wie möglich abzubilden und Aussagen über seine künftigen Veränderungen zu machen.

Was sind Klimamodelle?

Schematische Darstellung eines dreidimensionalen Modellgitters für die Atmosphäre. Der Übersichtlichkeit wegen ist hier nur ein kleiner Ausschnitt des globalen Gitters dargestellt. (© Böttinger, DKRZ)

Mit der zunehmenden Verbrennung fossiler Energieträger hat der Mensch bereits vor mehr als 150 Jahren begonnen, die atmosphärische Treibhausgaskonzentration und damit auch das Klima zu verändern. Der durch den Menschen verursachte Klimawandel ruft heute ein zunehmend starkes gesellschaftliches und politisches Interesse hervor. Wie könnte sich das Klima ändern, wenn dieser oder jener Weg beschritten wird? Für eine quantitative Abschätzung möglicher zukünftiger Klimaänderungen sind gekoppelte Klimamodelle wichtige Instrumente. Mit ihnen gelingt es, die wichtigsten Prozesse in unserem Klimasystem zu reproduzieren und für unterschiedliche plausible Zukunftsszenarien mögliche Klimaänderungen zu berechnen.

Wie alle Modelle sind auch Klimamodelle vereinfachte Abbildungen der Wirklichkeit. Sie können das Klimasystem in all seiner Komplexität mit den auf unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen ablaufenden Prozessen nur näherungsweise berechnen. Klimamodelle beruhen auf mathematischen Gleichungen, die grundlegende physikalische Zusammenhänge und Gesetze ausdrücken, wie etwa die Gesetze der Massen-, Impuls- und Energieerhaltung. Dennoch sind sie sehr gut in der Lage, wichtige Erkenntnisse über die Folgen von natürlichen und menschlichen Einflüssen auf das Klimasystem zu liefern und helfen, dessen grundlegende Prozesse zu verstehen.

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. Je nach Anwendung werden Modelle unterschiedlicher Komplexität oder mit unterschiedlichen Gitterauflösungen eingesetzt.

Die Motivation für die Verwendung von numerischen Klimamodellen ist einfach zu verstehen: In keinem Versuchslabor kann die Komplexität des Klimasystems mit all 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 mithilfe von Supercomputern bei Klimasimulationen angewendet werden.