TV-Doku: Die Validierung von Klimamodellen

In den Naturwissenschaften gehört die experimentelle Überprüfung von Modellen zum Tagesgeschäft. Für Klimamodelle ist dies jedoch schwierig, da sie im Labor nicht machbar ist und Daten aus großen Zeiträumen erfordert. Die TV-Doku „ Prüfstand Klima“  von HYPERRAUM.TV blickt in dieser Sendung hinter die Kulissen der Visualisierung von Klimamodellen und befasst sich mit den Aspekten ihrer wissenschaftlichen Validierung.

Susanne Päch lässt dabei mit zwei Experten zu Wort kommen, die am Hamburger Klima-Exzellenzcluster forschen – eine der wichtigen Schmieden deutscher Klimawissenschaft. Detlef Stammer ist als Direktor des Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit gleichzeitig Sprecher des Hamburger Exzellenzclusters. Jörn Behrens, an der Uni Hamburg Professor für numerische Methoden in den Geowissenschaften, befasst sich als Mathematiker mit der Entwicklung neuer Verfahren für die verbesserte Klimamodellierung, auch und gerade im Bereich der kleinskaligen Phänomene, der nach Meinung der Experten heute noch die größten Defizite bei den Klimaprognosen aufweist.

Die internationale Forschungs-Gemeinschaft der Klimamodellierer validiert die Modelle heute mit zwei Methoden: zum einen über Messungen und Aufzeichnungen historischer Klimadaten, zum anderen aber auch durch den Vergleich unterschiedlicher Methoden und Berechnungsverfahren des Erdsystems, die sich seit den neunziger Jahren zu immer umfangreicheren Programmen entwickelt haben. So werden die Algorithmen zwar im wissenschaftlichen Wettbewerb entwickelt, aber auch durch einen weltweit standardisierten Prozess der Programme gegenseitig analysiert und so laufend verbessert. Denn die Gemeinschaft der Klimaforscher  steht aufgrund der gesellschaftlichen Diskussion um den Klimawandel viel stärker in der Öffentlichkeit als Vertreter anderer Forschungsbereiche.

Vielleicht auch deshalb versucht gerade diese Science Community mit solch erheblichem internationalen Aufwand, die von unterschiedlichen Forschergruppen entwickelten Modelle und numerischen Berechnungsverfahren nicht nur an historischen Daten  zu validieren, sondern auch untereinander in einem weltweit standardisierten Analyseprozess der dafür eingesetzten Software laufend zu verbessern. Dabei werden vorgegebene Randbedingungen und standardisierte Szenarien in die unterschiedlichen Klimamodelle eingespeist und die Ergebnisse verglichen. Die neuesten Erkenntnisse werden der Weltöffentlichkeit übrigens vom Weltklimarat der Vereinten Nationen – dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) – regelmäßig vorgestellt.

Das Klimasystem ist kein Monolith, sondern besteht aus  etlichen Einzelkomponenten, jedes dieser Teilsysteme erfordert unterschiedliche Daten und Validierungsansätze. Auch der Unsicherheitsfaktor, der durch die mathematische Vereinfachung der Modelle entsteht, variiert für die einzelnen Module. Die wesentlichen Bausteine des  irdischen Klimasystems: Atmosphäre – Hydrosphäre (Ozeane, Flüsse, Seen) – Biosphäre (Fauna, Flora) – Lithosphäre (feste, unbelebte Erde) und Kryosphäre (Eis, Gletscher, Permafrost) sowie Modelle für die Atmosphärenchemie, und das mit wachsender Bedeutung im Kontext der zunehmenden Integration kleinskaliger Prozesse. 

Das Klima ist ein offenes System, das bedeutet: Es wird nicht nur durch die Wechselwirkung der inneren Prozesse gesteuert, sondern auch durch Veränderungen von außen angetrieben – beispielsweise von der Sonneneinstrahlung. Der Fachmann spricht von der Strahlungsbilanz – der im Tages- und Jahreszyklus schwankende Energie-Haushalt des Planeten. Er beschreibt die  Differenz zwischen der auf die Erde treffenden Sonneneinstrahlung und der Abstrahlung von Wärme zurück in den Weltraum. Diese Kraft der Sonne bildet einen laufenden Antrieb des Klimasystems von außen. Doch auch Erdbeben und Vulkanismus sind solche äußeren Störfaktoren, die das Gleichgewicht im Klimasystem aus dem Inneren der Erde unregelmäßig beeinflussen. Bis heute ist der irdische Vulkanismus für das Klima von großer Bedeutung. Zuletzt gibt es einen, wenn auch nur extrem seltenen Vorgang von außen, der in das Klima des blauen Planeten jedoch massiv eingreifen kann: der Einschlag eines großen Asteroiden.

Um diese zahlreichen Faktoren und ihre Bedeutung für das Klima zu verifizieren, sind historische Daten die Grundlage. Heute werden sie von zahlreichen Erdbeobachtungs-Satelliten erfasst, doch je weiter zurück in die geogeschichtliche Vergangenheit man blicken will, um Daten für langfristige Temperaturveränderungen zu erfassen, desto schwieriger wird das. So nehmen Klimaforscher für die Validierung alles an klimarelevanten Datenquellen, was sie kriegen können – kreative Ansätze mit  eingeschlossen! Sogar Aufzeichnungen in Kirchenbüchern oder Wetterinformationen aus Gemälden werden zur Bestimmung der irdischen Klimavergangenheit herangezogen! Noch weiter zurück kann der validierende Paläo-Klimaforscher die Temperatur zumindest durch indirekte Messungen erfassen, sogar das Eis tief unter der Oberfläche oder Tropfsteine tief in Höhlen geben dank chemischer Analysen Aufschluss darüber, wie das Klima in früheren Epochen auch weit vor dem Auftreten des Menschen auf dem blauen Planeten war.

Ansprechpartner:

Dr. Susanne Päch

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