Klimamodelle und Klimaforschung
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Klimaerkenntnisse dank Computermodell
Mit komplexen Modellen wurden noch weitere Kipp-Punkte entdeckt. Hierzu zählen die Versauerung der Ozeane oder das Auftauen der Permafrostböden. Mit Klimamodellen ist es Wissenschaftlern möglich, für Klimaveränderungen wichtige Komponenten und Prozesse im Erdsystem zu beschreiben. Sie basieren auf den physikalischen und biogeochemischen Grundgleichungen der Massen-, Impuls- und Energieerhaltung. Das Modell umfasst die für das Klima wichtigen Prozesse in der Atmosphäre, im Ozean, an der Erdoberfläche, im Boden, in der Biosphäre, in den Eisschilden und Gletschern mit ihren vielfältigen Wechselwirkungen. Für die Modellierung des Klimas müssen unter anderem die Sonneneinstrahlung, die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre und die Beschaffenheit der Erdoberfläche bekannt sein.
Dank der großen Rechnerkapazitäten werden mit den heutigen gekoppelten komplexen Klimamodellen sehr lange Klimasimulationen durchgeführt. Damit ist es möglich, die statistischen Eigenschaften des Klimasystems zu beschreiben und damit auch Schwankungen des natürlichen Klimas zu analysieren.
Klimaforschung
Die Klimaforschung ist eine physikalische Disziplin mit vielen Berührungspunkten zu anderen Fachrichtungen: Ohne Luftchemie lassen sich etwa das Ozonloch oder die Bildung von Smog nicht verstehen. Und um zu begreifen, wie der Kohlenstoff im Klimasystem zirkuliert, müssen auch biologische Faktoren wie das Wachstum von Wäldern berücksichtigt werden.
An den physikalischen Mechanismen forschen Theoretiker. Auf dieser Grundlage werden Klimamodelle für Computersimulationen entwickelt. Solche Simulationen verraten zusammen mit den paläoklimatologischen Befunden, was früher das Klima veränderte – es waren unter anderem Vulkanausbrüche, Schwankungen der Erdbahnparameter und Variationen der Sonnenstrahlung. Heutzutage übt auch die Menschheit einen Einfluss aus: Die Emission von Treibhausgasen führt dazu, dass mehr langwellige Abstrahlung von der Erde in der Atmosphäre gefangen bleibt und sich unser Planet erwärmt. Klimaszenarien per Computer für die kommenden Jahrzehnte sind darum ein wichtiges Forschungsgebiet. Doch Klimaforscher versuchen sich auch an kurzfristigeren Vorhersagen. Die nächste Jahreszeit scheint sich beispielsweise der Tendenz nach prognostizieren zu lassen.
Regionale Klimamodelle
Globale Vorhersagen sagen wenig über die Klimaänderungen in einzelnen Staaten oder Regionen aus, da ihre Auflösung nicht ausreicht. Für eine Abschätzung von Klimafolgen, wie etwa der Veränderung der Vegetationsdecke oder der Zunahme von Überschwemmungen infolge höherer regionaler Starkniederschläge, sind realistische regionale und lokale Klimaprognosen unerlässlich. Vor allem an solchen Klimaprognosen sind schließlich die Entscheidungsträger in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft interessiert.
Da allein eine Verdopplung der horizontalen Auflösung eine achtfache Steigerung des erforderlichen Rechenaufwandes bedeutet, sind hier aus Kostengründen und von der Computerleistung her Grenzen gesetzt. Sollen nun Aussagen über mögliche regionale oder lokale Klimaänderungen und ihre Auswirkungen getroffen werden, so muss die Brücke zwischen der globalen Klimaänderungsberechnung und den Auswirkungen auf die Region geschlagen werden. Hierzu werden die Basisinformationen globaler Modelle als Randbedingungen regionaler Klimamodelle genutzt, um dann das Klima der Region im Detail quasi wie mit einer Lupe zu betrachten.
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