Klimamodelle: Wie funktionieren sie und sind sie verlässlich?

Klimamodelle helfen uns dabei, dem Klimawandel nicht ganz unvorbereitet zu begegnen. Wir erklären dir, was Klimamodelle zu einem wichtigen Werkzeug macht und wofür sie sich einsetzen lassen.

Das Klima der Erde ändert sich mit der Zeit. Damit wir nicht komplett vom Klimawandel und seinen Folgen überrascht werden, setzen Wissenschaftler:innen Klimamodelle ein. Diese ermöglichen Aussagen über die mögliche zukünftige Entwicklung des Klimas.

Solche Verfahren sind also bemüht, einen Blick in die Zukunft zu werfen. Dabei sind aber keine absolut sicheren Vorhersagen darüber möglich, wie sich das Klima entwickelt. Außerdem gibt es nicht nur eines, sondern viele verschiedene Klimamodelle, die jeweils verschiedene Prognosen treffen. Allein dadurch liegen gezwungenermaßen einige Modelle falsch.

In diesem Artikel erfährst du, wie Klimamodelle konkret funktionieren, welche unterschiedlichen Modelle es gibt und wie verlässlich sie sind.

So lassen sich Klimamodelle definieren

Klimamodelle arbeiten mit großen Datenmengen und komplizierten Berechnungen. Um die vielen Daten zu verarbeiten, werden Computerprogramme eingesetzt. Diese Programme verwenden festgelegte Annahmen, auf deren Grundlage sie berechnen, wie sich das Klima zukünftig entwickeln könnte.

Die Annahmen, auf denen die Klimamodelle basieren, bezeichnet die Klimaforschung als Treibhausgasszenarien. Sie beziehen sich auf mögliche globale Entwicklungen, zum Beispiel das Bevölkerungswachstum, technologische Veränderungen oder den Ressourcenverbrauch. Anhand der jeweiligen Annahmen lassen sich unterschiedliche Vorhersagen dazu treffen, wie viele Treibhausgase zukünftig wahrscheinlich ausgestoßen werden und sich in der Atmosphäre anreichern.

Wichtig ist dabei, dass zu Beginn der Berechnung ein Gleichgewicht im Klimamodell herrscht, also alle Werte in einem festgelegten Normbereich liegen. Die konkreten Werte können dabei der Realität entnommen oder idealisiert sein. Erst die Änderungen von beispielsweise den Treibhausgasemissionen bringen es aus dem Gleichgewicht und führen zu verschiedenen Ergebnissen. Damit ist sichergestellt, dass die Anfangsbedingungen das Modell nicht beeinflussen, sondern nur die zukünftigen Entwicklungen.

Die Ergebnisse eines Klimamodells sind die Klimaprojektionen. Das sind jedoch keine Vorhersagen im klassischen Sinne. Klimaprojektionen sind vielmehr Wenn-Dann-Aussagen. Sie beschreiben also, was passieren könnte, wenn ein bestimmtes Szenario eingetreten ist.

Klimamodelle ermöglichen es der Wissenschaft, Risiken und Chancen zu erkennen und legen den Grundstein, damit wir uns an Klimaveränderungen frühzeitig anpassen können.

Arten von Klimamodellen

Einige Klimamodelle beziehen sich in ihren Vorhersagen auf den gesamten Planeten. Sie sind relativ ungenau für einzelne Orte, weil sie die Erde in Rastern von ungefähr 100 mal 100 Kilometern betrachten.

Um Vorhersagen für einen bestimmten Ort zu treffen, sind regionale Klimamodelle mit einer feineren Auflösung, also kleineren Rastern, besser geeignet. Forscher:innen können regionale Modelle aus Globalen entwickeln. Ein Ansatz dafür sind dynamische Regionalmodelle. Dabei wird das globale Modell für die relevanten Teilbereiche noch genauer berechnet und durch detailliertere physikalische Annahmen ergänzt. Dagegen beziehen statistische Regionalmodelle tatsächlich beobachtete Wetterereignisse in der jeweiligen Region mit ein.

Neben der globalen und regionalen Unterscheidung gibt es auch Teilmodelle, die nicht das gesamte Klimageschehen darstellen. Forscher können zum Beispiel gesonderte Modelle für die Atmosphäre oder Eis und Schnee erstellen.

Es kommt nicht nur auf das Klima an

Für die Frage, wie wir mit zukünftigen Klimaveränderungen umgehen können, ist nicht nur das Klima relevant. Auch unsere sozialen Strukturen sind dabei von Bedeutung. Diese stellen Wissenschaftler:innen in sozioökonomischen Szenarien dar.

In Kombination mit den Ergebnissen der Klimamodelle können sie abschätzen, wo die Menschen besonders stark oder schwach vom Klimawandel betroffen sein könnten. Es ist zum Beispiel von Bedeutung, wo sich wichtige Infrastrukturen befindet, die durch Extremwetter beschädigt werden könnten. Außerdem spielt die Altersstrukutur der Bevölkerung eine Rolle, weil ältere Menschen stärker unter Hitze leiden. Anhand der Erkenntnisse aus Klimamodellen und den sozioökonomischen Szenarien können die Menschen Vorkehrungen treffen und beispielsweise die Infrastrukturen verlegen oder das Gesundheitssystem ausbauen.

Klimamodelle liefern keine absolute Gewissheit

Klimamodelle und die aus ihnen resultierenden Klimaprojektionen treffen Aussagen über die Zukunft. Diese können falsch sein. Auch wenn sich die Klimamodelle mit den Jahren deutlich verbessert haben, gilt noch immer: Je weiter ein Klimamodell in die Zukunft blickt, desto ungenauer wird es.

Fehlerquellen sind zum Beispiel, dass die Wissenschaft einige Klima- und Wetterphänomene bisher nocht nicht ganz verstanden hat – unter anderem die Entstehung von Gewitterwolken. Ohne diesen Prozess komplett zu verstehen, kann man ihn auch nicht sicher vorhersagen.

Außerdem sind nur begrenzte Mengen an Daten verfügbar und es lässt sich nicht lückenlos alles erfassen. Klimamodelle sind immer nur vereinfachte Darstellungen der Realität. Und selbst wenn genug Daten vorliegen, würde ein entsprechend umfassendes Klimamodell aktuell noch an der Leistungsfähigkeit der Computer scheitern. Darüber hinaus sind manche Faktoren einfach zu unvorhersehbar. Zum Beispiel können künftig Technologien entstehen, die heute noch unvorstellbar sind – oder es kann zu Katastrophen wie Kriegen kommen, die einen Einfluss auf die soziale Struktur haben.

Deswegen ist es wichtig, sich nicht auf ein konkretes Zukunftsszenario zu beschränken. Stattdessen sollten wir immer mehrere Alternativen in Betracht ziehen und eine Bandbreite möglicher Ereignisse berücksichtigen. Daher sollten immer mehrere Klimamodelle betrachtet werden. Forscher:innen vergleichen ebenfalls verschiedene Modelle und führen ihre Berechnungen in vielen verschiedenen Varianten durch.

Die Tendenzen stimmen

Eine Bewertung von Klimamodellen hat ergeben, dass sie vergangene Entwicklungen des Klimas relativ gut nachbilden können. Außerdem hat sich gezeigt, dass es zwar Abweichungen von der Realität für kurze Zeitspannen in den Modellen gibt. In Hinsicht auf die Tendenz in einem großen Zeitraum waren die Klimaprojektionen aber dennoch zutreffend. Das heißt, es kann zum Beispiel in einem bestimmten Jahr kälter sein, als es das Modell berechnet. Dennoch stimmt das übergeordnete Ergebnis, dass die Temperatur auf lange Sicht und über die Jahre tendenziell steigt. Nichtsdestotrotz kann ein Modell aus verschiedenen Gründen zu ganz falschen Ergebnissen kommen – einfach schon, weil es immer Unsicherheiten gibt. Verschiedene Klimamodelle und Vergleiche mit realen Beobachtungen findest du auch auf der Seite von RealClimate.

Trotz aller Unsicherheiten sind Klimamodelle ein wichtiges Werkzeug und können als Grundlage für konkrete Maßnahmen dienen. Entscheidungen werden meist ohne absolute Gewissheit getroffen, weil sonst nie eine Entscheidung fallen könnte. Du hast dich ja bestimmt auch schon mal entschieden einen Schirm mitzunehmen, weil es vielleicht regnen könnte.

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