Klimamodelle: Wie können wir den Klimawandel vorhersagen?

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Aktualisiert am Wed Mar 03 2021

Vielleicht hast du schon oft davon gehört, wie die weltweiten Temperaturen aufgrund des Klimawandels in naher Zukunft ansteigen werden. Aber woher wissen wir das?

Unser Wissen basiert auf Klimamodellen. Was, denkst du, meinen Wissenschaftler:innen, wenn sie von Klimamodellen reden?


Sorry an alle Autoliebhaber:innen, aber in diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit der Simulation des Klimas der Erde. Trotzdem ist es doch ziemlich cool, Vorhersagen über die Zukunft treffen zu können, oder?

Von Vorhersagen zu politischen Maßnahmen

Wie ermöglichen uns Klimamodelle diese Vorhersagen?

Das Klima ist ein System, das die Atmosphäre, Ozeane, Eis, Land und alle Lebewesen auf der Erde einbezieht. Interaktionen zwischen diesen verschiedenen Elementen bedeuten, dass sich das Klimasystem kontinuierlich verändert. Zum Beispiel kann Wasser, das Regen an Land bildet, aus dem Ozean verdampft sein.

Das Klima kann auch durch Ereignisse, die nicht Teil des natürlichen Klimasystems sind, zum Wandel gezwungen werden, wie Vulkanausbrüche oder erhöhte CO₂ Emissionen. Diese werden Einflüsse genannt.

Das Klimasystem

Klimamodelle treffen durch eine Simulation der Wechselwirkungen zwischen Teilen des Klimasystems und externen Klimafaktoren Vorhersagen. Hierfür müssen Wissenschaftler:innen diese Wechselwirkungen durch komplexe mathematische Gleichungen ausdrücken. Einige dieser Gleichungen basieren zum Beispiel darauf, dass die gesamte von der Sonne auf die Erde treffende Energie gleich der Energie ist, die durch die Erdoberfläche und die Wolken in der Atmosphäre absorbiert und reflektiert wird.

Energiebilanz der Atmosphäre

Allerdings sind einige Zusammenhänge sehr komplex und mit einer großen Unsicherheit behaftet (zum Beispiel in welchem Umfang ein wachsender Baum das Klima beeinflusst, oder wie sich Wolken bilden), sodass sie durch entsprechende Gleichungen angenähert werden müssen. Aufzeichnungen vergangener Klimate werden dann genutzt, um diese angenäherten Gleichungen zu verbessern.

Wenn ein Modell das Klima der Vergangenheit simulieren kann, kann es wahrscheinlich auch das zukünftige Klima korrekt simulieren.

Klimawissenschaftler:innen erstellen Prognosen über das zukünftige Klima, indem sie mögliche Szenarien für Treibhausgasemissionen und andere Variablen in ihre Gleichungen mit einbeziehen.

Woher erhalten die Wissenschaftler:innen ihre Daten?

Unser Wissen über das Klimasystem, zurück bis ins Jahr 1850, stammt von menschlichen Aufzeichnungen. Aber woher wissen wir, wie verschiedene Aspekte unseres Klimasystems (Temperatur, Meeresspiegel, CO₂-Konzentration) vor dieser Zeit waren?


Es gibt viele verschiedene Methoden, um abzuschätzen wie das Klima vor Millionen von Jahren war. Zum Beispiel können sich Wissenschaftler den Querschnitt eines Baumstammes ansehen, um abzuschätzen wie das Klima vor Tausenden von Jahren war.

Wetterabschätzungen durch die Ringbreite

Es bringt uns viele Vorteile etwas über das Klima herauszufinden, das vor 1850 auf unserer Erde herrschte. Zum Beispiel gab es Zeitabschnitte in denen sich das Klima viel stärker und schneller als in den vergangenen 170 Jahren verändert hat. Daten von solch plötzlichen und dramatischen Veränderungen im Klima der Vergangenheit können Prognosen für unsere aktuelle Situation verbessern, in welcher wir vor einem ungewöhnlichen und extremen Klimawandel stehen.

Wie verwenden Wissenschaftler:innen diese Daten?

Wissenschaftler:innen verwenden Messdaten der Vergangenheit, um ihre Modelle zu testen. Denk daran, wenn ein Modell vergangene Klimate korrekt simulieren kann, ist es wahrscheinlicher, dass auch zukünftige Klimate richtig vorhergesagt werden können. Allerdings müssen die Wissenschaftler:innen dabei auch einige Herausforderungen bewältigen, weil nicht direkt gemessene Daten (vor 500 Jahren hatte die Wissenschaft noch keine Thermometer zur Verfügung, um die Lufttemperaturen zu bestimmen) immer mit einer gewissen Unsicherheit behaftet sind.

Und selbst wenn die historischen Messdaten korrekt wären, gäbe es immer noch eine gewisse Unsicherheit über das was in der Zukunft passieren wird. Nur weil ein Modell Vorhersagen machen kann, die mit der Vergangenheit übereinstimmen, heißt das nicht automatisch, dass auch zukünftige Vorhersagen korrekt sein müssen!

Des Weiteren gibt es das Problem, dass Vorhersagen und Simulationen von Teilen des Klimasystems weniger verlässlich sind, wenn es nicht genug Messdaten gibt oder der Prozess schlichtweg zu komplex ist, um ihn akkurat darstellen zu können. Das ist zum Beispiel der Fall für Vorhersagen über Niederschlag, Schneefall, Temperaturen der Tiefsee oder das antarktische Meereis.

Wissenschaftler:innen arbeiten permanent daran, ihre Modelle zu überprüfen und zu verbessern. Hauptsächlich basiert dies darauf, wie gut die Modelle das Klima von 1980 bis heute vorhergesagt hätten, wenn man sie 1980 hätte laufen lassen.

Sind die Klimamodelle genau?

Klimamodelle werden seit 50 Jahren verwendet, um präzise Vorhersagen zu treffen und haben sich in dieser Zeit signifikant verbessert. Zum Beispiel konnten Modelle, welche in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung von Tausenden Wissenschaftler aus dem Jahr 2013 verwendet wurden, die globale Oberflächentemperatur mit einer 99-prozentigen Übereinstimmung nachbilden!

99 % Übereinstimmung

Heutzutage können Modelle Vorhersagen auf Grundlage vieler Aspekte des Klimasystems machen. Denkst du, dass es jemals möglich sein wird, ein perfektes Modell zu erstellen?


Modelle können niemals 100 % akkurat sein. Um dies zu erreichen, müssten Wissenschaftler jeden Askpekt des Klimasystem verstehen und simulieren können, und wissen wie sich jeder einzelne von uns in Zukunft verhalten wird. Ohne Kristallkugel dürfte das recht schwierig werden!

Wenn Klimamodelle nicht hundertprozentig genau sind, warum verwenden wir sie?

Trotz einiger Unsicherheiten in den Vorhersagen von Klimamodellen sind diese äußerst nützlich. Es ist wichtig zu erkennen, dass Klimawissenschaftler:innen die Zukunft nicht haargenau vorhersagen müssen, um politischen Entscheidungsträger:innen bei ihren Entscheidungen zu beraten. Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher, gut durchdachter Klimamodell-Szenarien (von Nichtstun bis hin zu großflächigen Maßnahmen) können Wissenschaftler:innen eine Idee von der Spannbreite der möglichen Veränderungen des Klimas vermitteln, in Abhängigkeit von den jeweiligen politischen Entscheidungen.

Auf politischen Maßnahmen basierende Prognosen

Daher können Klimamodelle politischen Entscheidungsträgern Informationen und Belege liefern, um fundierte Entscheidungen über zukünftige Umweltmaßnahmen zu treffen. Zum Beispiel werden Treibhausgasemissionen die Temperaturen in Zukunft ansteigen lassen und das Wettergeschehen beeinflussen. Modelle können dazu verwendet werden, um vorherzusagen, wie menschliche Aktivitäten, wie zum Beispiel dem erhöhten Ausstoß von Treibhausgasen, das Klima beeinflussen und wie schnell CO₂-Emissionen vermindert werden müssen, um die Erderwärmung auf ein bestimmtes Niveau zu begrenzen, zum Beispiel 1,5 °C als Schlüsselgrenze.

Sie können auch Spätfolgen unterstreichen - selbst wenn wir heute damit aufhören würden, Emissionen freizusetzen. Treibhausgase, die wir bereits freigesetzt haben, werden noch mindestens mehrere Jahrzehnte lang Erwärmung verursachen.

Zusammenfassung

Alle Klimamodelle haben Schwächen, aber können trotzdem, im richtigen Maße eingesetzt, einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels leisten.

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