So funktioniert Klimamodellierung

Wie werden Klimamodelle entwickelt?

Zuerst werden Teilmodelle entwickelt, die jeweils einen Bereich des Klimasystems beschreiben, also die Abläufe in Atmosphäre, Ozean, Meereis oder an Land. Dann werden diese Teilmodelle zu einem großen Klimamodell zusammengeführt. „Wenn  man die Teilmodelle koppelt, können sie sich austauschen. Das Zusammenspiel der Komponenten ist kompliziert und mit vielen Rückkopplungsmechanismen verbunden. Hier kann es Jahre dauern, bis das Modell gut funktioniert“, sagt Johann Jungclaus, Ozeanforscher und Klimamodellierer am Max-Planck-Institut für Meteorologie.

Um Modelle zu prüfen und zu verbessern, simulieren die Forschenden mit ihnen testweise das Klima der Vergangenheit. Darüber liegen in der Paläoklimatologie, die sich mit vergangenem Klima beschäftigt, viele Daten vor. Ein Beispiel sind Eisbohrungen aus der Antarktis. Im „ewigen Eis“ sind Luftblasen eingeschlossen, die mehrere hunderttausend Jahre alt sind. Die Analyse dieser fossilen Luft gibt Aufschluss darüber, wie hoch der CO₂-Gehalt zu jener Zeit war. Andere Paläoklimadaten stammen aus Sedimenten, Baumringen oder Korallen. Kann ein Klimamodell die Klimadaten gut abbilden, gehen Forschende davon aus, dass es das auch für die Zukunft kann. Finden sich dagegen noch Mängel, wird das Modell nachgebessert.

Wie werden Klimamodelle angewandt?

Klimamodelle sind nötig, um zu verstehen, wie sich das Klima auf der Erde in Zukunft entwickeln könnte. Vor allem Aussagen auf einer globalen Ebene und einige Jahrzehnte in die Zukunft sind mithilfe der Modelle sehr verlässlich.

Das Wetter schwankt von Tag zu Tag, das limitiert Wettervorhersagen auf im Schnitt zwei Wochen. Ändern sich aber die atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen sehr stark, dann spielen die chaotischen Wetterschwankungen nur noch eine untergeordnete Rolle. Es kommt System ins Chaos. Man kann sich das vorstellen wie bei einer Bergbesteigung. Es geht nicht immer nur nach oben, manchmal gibt es Geraden oder sogar Senken, wo es ein Stück bergab geht. Das ist das Chaos, das das Wetter mit sich bringt. Auf lange Sicht gesehen geht es aber bergauf – und am Ende hat man einen deutlichen Aufstieg hinter sich. Grundsätzlich kann man also sicher sagen, dass es bergauf geht, nur der konkrete Weg ist nicht immer von vornherein absehbar.

Um mithilfe eines Klimamodells mehr über die Zukunft zu erfahren, müssen Forschende verschiedene Annahmen treffen. Dafür verwenden sie Emissionsszenarien, die mögliche Handlungswege in der Zukunft beschreiben. Sie zeigen keine realen Entwicklungen, weil man diese nicht vorhersagen kann, sondern verschiedene Möglichkeiten, wie die Zukunft aussehen könnte.

So gibt es Pfade, die darstellen, was passiert, wenn weiterhin auf fossile Brennstoffe gesetzt wird. Andere zeigen den Weg in eine Zukunft mit starker Klimaschutzpolitik, in der vielleicht sogar die 1,5-Grad-Grenze eingehalten wird. Werden diese Pfade in ein Klimamodell eingegeben, zeigt es, welche Auswirkungen die Emissionen auf das Klimasystem hätten. Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger können sich daran orientieren, wenn sie sich für bestimmte Klimaschutzmaßnahmen entscheiden.

Was sind Erdsystemmodelle und wie unterscheiden sie sich von Klimamodellen?

Erdsystemmodelle sind erweiterte Klimamodelle. Sie berücksichtigen, dass das Klima unter anderem mit chemischen oder biologischen Prozessen auf und unter der Erde oder im Ozean zusammenhängt. Indem etwa die Biogeochemie im Ozean oder der Kohlenstoffkreislauf über Land simuliert wird, lassen sich bestimmte Abläufe besser erfassen und genauere Simulationen durchführen. Neuerdings berücksichtigen einige dieser Modelle auch die Eisschilde in Grönland und der Antarktis, was manche Aussagen über den Meeresspiegelanstieg noch sicherer macht.

„Ein wesentlicher Unterschied ist, dass man bei Erdsystemmodellen die CO₂-Konzentration nicht mehr fest vorgibt“, sagt Klimamodellierer Jungclaus. „Stattdessen kann man eingeben, wie sich die Emissionen entwickeln. Das Modell ist dann in der Lage zu berechnen, wie viel CO₂ in der Atmosphäre verbleibt und was mit dem Rest passiert – wie viel davon also an Land oder im Ozean aufgenommen wird.“

Was können Klimamodelle zur Klimapolitik beitragen?

Auch wenn es noch offene Fragen gibt: Insgesamt sind Klimamodelle verlässlich, und das schon seit vielen Jahren! Dass sich die Erde erwärmt, und die menschengemachten Treibhausgase hauptsächlich dafür verantwortlich sind, ist wissenschaftlich hinreichend belegt und damit sicher. Es ist auch sicher, dass deswegen der Meeresspiegel global steigt. Was Klimamodelle heute schon leisten, ist also viel mehr, als das, was sie noch nicht können. Deshalb ist es wichtig, sich im öffentlichen Diskurs vor allem auf die vielen Gemeinsamkeiten der Modelle zu konzentrieren.

Regierungen können mithilfe der verschiedenen Szenarien abwägen, welche Maßnahmen besonders hilfreich für eine effektive Klimapolitik sind. Jungclaus rät, vor allem den optimistischen Szenarien mehr Beachtung zu schenken. „Die Diskussion sollte sich mehr darum drehen, was in den Szenarien passiert, die eher mittlere oder geringe Emissionen annehmen, also eine veränderte Klimapolitik beinhalten."

Eine absolute Sicherheit in der Klimamodellierung wird es nie geben, sagt Latif. Denn es gibt in der Wissenschaft grundsätzlich keine absoluten Wahrheiten. Aber Menschen hätten gelernt, mit Unsicherheiten zu leben und mit ihnen umzugehen. Grundsätzlich ist klar: Wenn mehr Treibhausgase in die Atmosphäre kommen, erwärmt sich die Erde. „Die Basis des Wissens heute reicht aus, um politische Entscheidungen zu treffen“, sagt Latif.