Klimamodell

Aussagen über das weltweite Klima der Zukunft können durch globale Klimamodelle getroffen werden. In den Anfängen der Klimamodellierung der 1960er Jahren wurden (stark) vereinfachte Modelle der Dynamik von Atmosphäre und Ozean entwickelt. Die Vereinfachungen erleichterten das Umsetzen in numerische Algorithmen und ermöglichten ein schnelles Lösen der Gleichungen mit Hilfe von Computern. Dadurch wurden Klimasimulationen möglich. Mit der rasanten Entwicklung im Bereich der Hochleistungsrechner und zunehmendem Verständnis des Klimasystems und seiner Wechselwirkungen nahm auch die Komplexität der Klimamodelle zu. Mittlerweile umfassen globale Klimamodelle (GCMs: General Circulation Models) bzw. Erdsystemmodell (ESMs) neben Atmosphäre und Ozean auch die Hydrosphäre, Biosphäre und Kryosphäre.

Moderne Klimamodelle basieren auf physikalischen Gleichungen zur Impuls-, Energie- und Massenerhaltung. Diese Gleichungen werden zunächst so vereinfacht, dass sie für diskrete Gitterpunkte gültig sind. Das Klimasystem wird mit einer großen Anzahl solcher Gitterpunkte überzogen, um alle drei Raumdimensionen einzubeziehen. Der Abstand der Gitterpunkte zueinander bestimmt die räumliche Auflösung des Klimamodells. Wegen der Vielzahl an Gitterpunkten werden die Gleichungen mit Hilfe von Supercomputern für jeden Gitterpunkt des globalen Gitternetzes gelöst.

Für Prozesse, die durch die Modellauflösung nicht abgebildet werden können (z.B. bestimmte Wellen, Turbulenz oder Konvektion) müssen Annahmen getroffen werden. Das geschieht oft unter Verwendung von Messungen, aus denen empirische Zusammenhänge abgeleitet werden. Diese Vorgehensweise wird Parametrisierung genannt, und stellt eine Annäherung an reale Prozesse dar, die das Klimamodell mit den diskretisierten Gleichungen allein nicht darstellen kann.

Klimamodelle sind im Gegensatz zum natürlichen Klimasystem geschlossene Systeme. Sie können nur Zusammenhänge und Wechselwirkungen von Komponenten darstellen, die in den Modellen abgebildet sind.

Die Auflösung globaler Klimamodelle (mit Gitterabständen von derzeit mehr als 100 km) reicht noch nicht aus, um die Unterschiede in den Ausprägungen des Klimawandels in einer Region der Erde (Europa, Deutschland) detailliert zu beschreiben.

Broschüre:

Klimaprojektionen und Klimavorhersagen - Wie entstehen Aussagen über das zukünftige Klima? (PDF, 8MB, Barrierefreiheit / barrierefrei (-arm))

Siehe hierzu:

• Dekadische Klimavorhersagen
• Klima
• Klimaprojektion
• Klimatologische Referenzperiode
• Numerische Wettervorhersage
• Regionales Klimamodell
• Regionale Klimasimulation
• Regionalklima
• Saisonale Klimavorhersagen
• Treibhausgase
• Witterungsvorhersagen

Leistungen zum Thema:

• Deutscher Klimaatlas
• Klimavorhersagen der nächsten Wochen bis Jahre