Hessen aktiv: 10.000 Bürgerinnen und Bürger für den Klimaschutz

Die Welt im Computer

Um herauszufinden, wie sich das Klima verändern wird, haben Wissenschaftler komplizierte Programme geschaffen – die Klimamodelle. Je schneller die Computer werden, desto genauere Voraussagen liefern sie auch für Regionen wie Hessen.

Klimaforscher haben es schwerer als andere Wissenschaftler: Sie können nicht einfach Experimente machen, um herauszufinden, wie stark sich die Erde erwärmen wird. Statt im Labor zu werkeln, sitzen sie daher vor dem Computer und simulieren, wie sich das Treiben der Menschheit auf das Klima auswirkt. Dazu vereinfachen sie das komplizierte Geschehen auf dem Planeten zu einer Art überschaubaren Kunstwelt: einem Klimamodell.

Da alle Vorgänge in Atmosphäre und Ozean den Gesetzen der Physik gehorchen, lassen sie sich in mathematische Gleichungen fassen. Theoretisch könnte man also bei bekannten Ausgangsbedingungen zum Beispiel das Klima im Jahr 2079 berechnen – wären die Gleichungen nicht ungeheuer komplex und würden nicht schon winzige Ungenauigkeiten das Ergebnis massiv verzerren.

Zudem steckt die Zukunft voller Unwägbarkeiten; so weiß niemand, ob es den Menschen gelingen wird, ihre Treibhausgas-Emissionen in den Griff zu bekommen. Deshalb können die Klimaforscher keine exakten Prognosen liefern, sondern nur Szenarien entwickeln. Sie basieren auf unterschiedlich optimistischen Annahmen darüber, wie sich der CO2-Ausstoß entwickeln wird.

Der Wust von Differentialgleichungen, mit denen sich die Klimaforscher herumschlagen, lässt sich freilich nicht so einfach lösen. Deshalb behelfen sie sich mit so genannten numerischen Verfahren, die Näherungslösungen liefern. Dazu legen sie im Computer ein dreidimensionales Gitter über das betrachtete System (zum Beispiel die Atmosphäre) und berechnen für jeden Rasterpunkt das Ergebnis der Gleichungen.

Je feiner dieses Gitter ist, desto genauere Aussagen liefert das Programm. Allerdings ist seine Maschenweite durch die Rechenleistung der heutigen Supercomputer begrenzt: Halbiert man den Abstand der Schnittpunkte in der Horizontalen, so vervierfacht sich die Zahl der Gitterpunkte – die benötigt Rechenleistung jedoch steigt auf das Zehnfache. Bei typischen Atmosphärenmodellen beträgt die Maschenweite 100 bis 200 Kilometer in der Horizontalen und 100 bis 1000 Meter in der Vertikalen.

Was sich in kleinerem Maßstab abspielt, fällt durch das Raster – vor allem die Wolkenbildung, obwohl sie großen Einfluss auf das Klima hat. Ihre Wirkung lässt sich nur statistisch mit Hilfe von Erfahrungswerten beschreiben, zum Beispiel Messdaten aus der Vergangenheit. Die Forscher nennen dieses Verfahren „Parametrisierung“. Da diese Methode nicht allen Regionen der Erde und Wettersituationen gerecht werden kann, ist sie der größte Quell von Unsicherheit bei der Klimamodellierung.
Schwierig ist es auch, die Modelle für Atmosphäre, Ozean und Kryosphäre (Eis und Schnee) in Einklang zu bringen, da sich das Geschehen in extrem unterschiedlichen Zeiträumen abspielt: Die Atmosphäre heizt sich binnen Stunden auf, während das Schmelzen eines Gletschers Jahrhunderte dauern kann.

Ein weiteres Problem stellen die so genannten „Rückkopplungen“ dar – Vorgänge, die durch die Erwärmung in Gang kommen und diese entweder beschleunigen oder bremsen. Ein Beispiel ist die Freisetzung des Treibhausgases Methan aus dem tauenden Permafrostboden. Solche Effekte sind schwer einzuschätzen, zum Teil womöglich noch gar nicht bekannt und lassen sich nur begrenzt in die ohnehin schon hoch komplexen Simulationsprogramme einfügen. Allmählich gelingt es den Klimaforschern, weitere Faktoren wie die Entwicklung der Vegetation in ihre Berechnungen zu integrieren.

Will man das Klima einer kleineren Region wie Hessen simulieren, kann man natürlich ein feinmaschigeres Gitter wählen. So erreicht das Klimamodell „REMO“ des Max-Planck-Instituts für Meteorologie eine Auflösung von 10x10 Kilometern. Dann allerdings stellt sich das Problem, am Rand des betrachteten Gebiets passende Werte zu finden; diese entnimmt man gewöhnlich einem globalen Klimamodell. Da diese Daten aber wegen der begrenzten räumlichen Auflösung des globalen Modells nicht absolut genau sein können, ist auch dieses Verfahren mit Unsicherheiten behaftet.

Insgesamt sind also die Ergebnisse der Klimaberechnungen umso zuverlässiger, je größer das betrachtete System ist: Globale Trends lassen sich sicherer vorhersagen als die Entwicklung der Regenfälle in der Rhön oder der sommerlichen Temperaturen in den Weinbergen Rheinhessens.

Verfasser: Verbraucherzentrale Hessen e.V.