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FORSCHUNG/302: Regionale Klimamodelle verbessern (UFZ-Spezial)


Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
UFZ-Spezial Dezember 2009: In Sachen Klimawandel

Regionale Klimamodelle verbessern


"Wir werden mit keinem noch so guten Klimamodell vorhersagen können, wie groß die Niederschlagsmenge oder die Sonnenscheindauer im Juli 2027 auf Sylt oder in den Alpen sein wird. Eine seriöse Wettervorhersage mit Wettermodellen ist derzeit für eine Zeitspanne von sieben bis zehn Tagen möglich - und selbst die ist noch mit Unsicherheiten behaftet", erklärt Dr. Matthias Cuntz vom UFZ. Klimamodelle haben wie alle Modelle Grenzen. Ihre Ergebnisse sind keine sicheren Vorhersagen, sondern schlicht Rechenergebnisse, die nur so gut sein können, wie die ihnen zugrunde gelegten Daten und Annahmen. Sie sollen helfen, mögliche Trends in der Klimaentwicklung zu finden und einzelne Klimafaktoren zu gewichten. "Deshalb sprechen wir auch von Klimaszenarien und nicht von Klimaprognosen", ergänzt der Physiker.

Klimamodelle gehören zu den kompliziertesten und rechenaufwändigsten Computermodellen, die die Erde in ihren physikalischen Einzelheiten nachbilden. Es werden möglichst viele relevante Komponenten und Wechselwirkungen in der Atmosphäre, den Ozeanen und auf der Erdoberfläche berücksichtigt und je nach Fragestellung miteinander gekoppelt. Trotz Höchstleistungsrechnern und vereinfachter Abbildung klimarelevanter Prozesse sind die erforderlichen Rechenleistungen so hoch, dass die räumliche Auflösung globaler Klimamodelle zwischen 50 und 250 Kilometern liegt. "Das reicht nicht, um Klimafolgen für Länder oder Regionen abzuschätzen und entsprechende Anpassungskonzepte zu entwickeln. Kleinskalige Prozesse oder Extremwetterereignisse fallen durch das grobe Raster", erläutert Prof. Dr. Sabine Attinger, UFZ-Expertin für hydrologische Modellierung.

Soll beispielsweise abgeschätzt werden, wie sich zukünftig Wasserressourcen auf Land räumlich und zeitlich verteilen, müssen sowohl hydrologische als auch regionale Klimamodelle verwendet, verbessert und miteinander gekoppelt werden. "Da stehen wir noch ganz am Anfang. Erst seit kurzem sind regionale Klimamodelle überhaupt in der Lage, in kleinen Rastern um 10 Kilometer zu arbeiten. Lange hingen sie bei 50 Kilometern fest - und das ist für hydrologische Modelle einfach zu grob", so die Physikerin. Umgekehrt haben die UFZ-Wissenschaftler erst in den letzten Jahren numerisch effiziente Schemen an hydrologischen Modellen entwickelt, mit denen vertikale Prozesse wie Bodenfeuchtedynamik oder Pflanzentranspiration auf größeren Skalen regionalisiert werden können. Damit ist es nun prinzipiell möglich, Klimamodelle und hydrologische Modelle miteinander zu verknüpfen und neben Klimaszenarien auch hydrologische Szenarien zu liefern.

Vorhersagen zur regionalen und lokalen Hydrologie sind allerdings nur dann gut, wenn die lokalen und regionalen Niederschläge stimmen. Sie sollten nicht statistisch, sondern tatsächlich am richtigen Ort und zum richtigen Zeitpunkt stattfinden. Doch Klimaszenarien liefern nur statistische Aussagen zum zukünftigen Wettergeschehen, wie die Zahl und Häufigkeit von Extremniederschlägen, aber nicht den Ort und den Zeitpunkt ihres Auftretens. Um das zu verstehen, muss man sich verdeutlichen, wie Klimamodelle aufgesetzt werden: Klimamodelle - wie auch hydrologische Modelle - werden zunächst mithilfe von Daten aus den vergangenen 50 bis 80 Jahre aufgestellt und daran gemessen, wie gut sie die Vergangenheit reproduzieren. Regionale Klimamodelle rechnen nur eine Region und sind in globale Klimamodelle eingebettet. Alternativ kann man regionalen Klimamodellen auch großskalige Prozesse wie Hoch-/Tiefdruckgebiete vorgeben. Anschließend lassen es die Wissenschaftler 100 Jahre vorwärts rechnen - ohne die Vorgabe von beobachteten Temperaturen, Winden, Drücken - so dass das Modell frei rechnet und sich sein "eigenes" Wetter erzeugt. Da sich Wetter chaotisch verhält, lassen sich keine genauen Vorhersagen machen, sondern nur statistische Aussagen. Deshalb sind Wissenschaftler nicht in der Lage, genaue hydrologische Vorhersagen zu liefern. Sie können nur hydrologische Szenarien und ihre Wahrscheinlichkeiten berechnen. Trotz der vielen Einschränkungen hoffen die Wissenschaftler, berechnen.

Trotz der vielen Einschränkungen hoffen die Wissenschaftler, die Unsicherheiten in den Modellaussagen durch die Kopplung zwischen hydrologischen und regionalen Klimamodellen zu reduzieren. Ergebnisse und Methoden der regionalen Klimamodellierung fließen wiederum in die globalen Klimamodelle ein. So werden die Berechnungen in Zukunft immer genauer.   Doris Böhme


UFZ-Ansprechpartner:
•Prof. Dr. Sabine Attinger
Dept. Hydrosystemmodellierung
Telefon: 0341/235-1250
e-mail: sabine.attinger@ufz.de
• Dr. Matthias Cuntz
Dept. Hydrosystemmodellierung
Telefon: 0341/235-1071
e-mail: matthias.cuntz@ufz.de
mehr Informationen:
www.ufz.de/index.php?de=4658


Bildunterschrift der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildung der Originalpublikation:

UFZ-Modellierer arbeiten daran, regionale Klimamodelle mithilfe hydrologischer Modelle zu verbessern. In der oberen Ebene ist beispielsweise die Abweichung des Winterniederschlages vom langjährigen Mittel einer Region dargestellt.


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Quelle:
UFZ-Spezial Dezember 2009: In Sachen Klimawandel, S. 13
Herausgeber:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
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veröffentlicht im Schattenblick zum 3. Dezember 2009