Was zum Teufel ist ein Klimamodell – und warum ist es wichtig?

drei Klimamodellkugeln Das Nationale Zentrum für Atmosphärenforschung

Noch vor wenigen Jahren war die gängige Meinung, dass man kein einziges extremes Wetterereignis auf den Klimawandel zurückführen könne. Aber jetzt können und tun Wissenschaftler zunehmend die Wahrscheinlichkeit, dass menschliche Handlungen bestimmte Dürren und Hurrikane verursacht oder verschlimmert haben.

Ein wichtiger Grund für die Änderung ist, dass die Wissenschaft der Klimamodellierung immer leistungsfähiger wird, da Verbesserungen in Technologie, Techniken und Datenaustausch es Forschern ermöglichen, neuartige Experimente einzurichten oder einfach viel mehr davon durchzuführen.

(Lesen Sie die begleitende Geschichte: Wie die Atomwaffenforschung neue Klimabedrohungen enthüllte.)

Klimamodelle sind ausgeklügelte Computersimulationen, die annähern, wie der Planet auf verschiedene Kräfte reagiert, wie z. B. Kohlendioxidstöße. Sie zerlegen die Ozeane, die Oberfläche und die Atmosphäre in 3-D-Boxen und berechnen, wie sich die Bedingungen über Zeit und Raum verändern.

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Begleitgeschichte Die immer leistungsfähigeren Klimamodelle des Lawrence Livermore Lab haben Kalifornien eine deutliche Warnung gegeben.

Grundlegende Gewinne bei der Rechenleistung haben viele der Verbesserungen vorangetrieben. Diese Boxen waren 1990 etwa 500 Quadratkilometer groß. Bei einigen der heutigen Modelle mit der höchsten Auflösung, darunter das E3SM des Energieministeriums, das japanische MRI und das chinesische FGOALS, sind sie weniger als 25 Quadratkilometer groß. Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. die Modellierung von Wirbelstürmen, wird die Auflösung noch höher.

Darüber hinaus konzentrierten sich die frühesten Klimamodelle in den 1960er Jahren auf die Atmosphäre, aber jetzt berücksichtigen sie Landoberflächen, Meereis, Aerosole, den Kohlenstoffkreislauf, Vegetation und Atmosphärenchemie. In jüngerer Zeit haben Modelle damit begonnen, die Art und Weise zu berücksichtigen, wie sich das menschliche Verhalten als Reaktion auf den Klimawandel ändert, einschließlich Migration und Entwaldung.

Weitere Fortschritte bei der Modellierung sind das Ergebnis einer drei Jahrzehnte dauernden Anstrengung im Rahmen des Weltklimaforschungsprogramms, bekannt als das Gekoppeltes Modellvergleichsprojekt (CMIP). Im Rahmen dieses Programms werden Forschungseinrichtungen gebeten, eine gemeinsame Reihe von Experimenten mit einer gemeinsamen Reihe von Eingaben durchzuführen und die Ergebnisse öffentlich zu teilen.

Die Petabyte an resultierenden Daten haben es Forschern auf der ganzen Welt ermöglicht, Studien durchzuführen, die in bestimmte Interessengebiete eintauchen, ohne sich ihre eigene Zeit auf Supercomputern sichern zu müssen.

Das Nationale Zentrum für Atmosphärenforschung

Die Fülle an Daten hat es den Wissenschaftlern auch ermöglicht, die Ergebnisse verschiedener Modelle miteinander und mit bisher in der realen Welt beobachteten Klimaänderungen zu vergleichen. Das hat entscheidende Erkenntnisse darüber geliefert, welche Modelle am besten funktionieren, und gelegentlich hat es sogar Probleme mit unseren Beobachtungen aufgedeckt. Es bietet auch Feedback, das es Institutionen ermöglicht, neue Hypothesen zu testen, Modelle weiter zu verfeinern und ihr Verständnis natürlicher Prozesse zu verbessern, sagt Noah Diffenbaugh, Professor für Erdsystemwissenschaften in Stanford.

Insbesondere der Hurrikan-Modellierer Kerry Emanuel vom MIT verwendete öffentliche Daten aus sieben Modellen, um eine fokussierte Hurrikan-Simulation Zehntausende Male durchzuführen, um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass ein Sturm in der Größenordnung des Hurrikans Harvey erneut auf Texas landen wird. Durch die Untersuchung von zwei 20-Jahres-Perioden in einer Reihe von Szenarien für Treibhausgasemissionen hat er gefunden dass, was Ende des 20. Jahrhunderts ein 1-in-100-Jahres-Ereignis war, am Ende dieses Jahrhunderts ein 1-in-5,5-Jahres-Ereignis sein wird.

Aber trotz all dieser enormen Verbesserungen ist selbst eine 25-Quadratkilometer-Box immer noch viel zu groß, um kleinräumige Prozesse wie das Verhalten einzelner Wolken zu erfassen. Und Wissenschaftler sind sich bewusst, dass die Modelle komplexe natürliche Prozesse nicht perfekt abbilden.

Aus diesem Grund sprechen sie im Allgemeinen von Bandbreiten in Klimawandelszenarien und warum Ereignisse in der realen Welt gelegentlich immer noch außerhalb dieser Grenzen auftreten können.

Es gibt noch viel Unsicherheit in den Prognosen, und das stört uns alle, sagt Emanuel.

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