Vergleichende StudieModerne Klimamodelle sind so genau wie noch nie

Foto: DKRZ/MPI-M

So detailliert simulieren moderne Klimamodelle heute das Wetter: Windgeschwindigkeiten (blau bis rot) und Niederschlag (grün), in einer Auflösung von einem Kilometer, berechnet mit dem Hamburger ICON-Modell.

Wie heiß wird es in der Sahara, wie kalt in der Antarktis, wie mild an der Nordseeküste? Klimamodelle berechnen die Temperatur-Landkarte der Erde. Ihre Ergebnisse fließen in die Berichte des Weltklimarats ein, untermauern politische Vereinbarungen wie das Pariser Klimaabkommen und liefern die Grundlage für konkrete, regionale Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel. Doch wie gut sind diese Modelle eigentlich? Und wie haben sie sich seit ihren Anfängen verändert?

Um diese Fragen zu beantworten, hat Dr. Lukas Brunner gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen insgesamt 176 Klimamodelle der vergangenen 30 Jahre untersucht. Seine Erkenntnis: Im Schnitt sind die Temperatur-Landkarten der Klimamodelle deutlich genauer und zuverlässiger geworden. „Aber es ist beeindruckend, was vor dreißig Jahren schon möglich war“, sagt der Physiker. „Wenn man ein richtig gutes Modell aus den 1990er-Jahren nimmt, ist seine Leistung tatsächlich ähnlich wie die eines mittelguten heutigen Modells.“

Besonders spannend ist der Blick auf die neueste Generation: sogenannte kilometerauflösende Modelle, die das Klimasystem in einem Raster von nur fünf bis zehn Kilometern berechnen. Bisher waren rund 100 Kilometer üblich. Dadurch können beispielsweise Prozesse wie die Entstehung von Gewitterzellen erstmals direkt simuliert werden, statt sie nur über statistische Näherungen abzuschätzen.

Eines der wichtigsten dieser Modelle hat Hamburger Wurzeln. Das sogenannte ICON-Erdsystemmodell wurde am Max-Planck-Institut für Meteorologie entwickelt. Das Institut ist Partner von CLICCS. Ein weiteres Modell, das IFS, stammt vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage, das eng mit der Hamburger Klimaforschung zusammenarbeitet.

Einige der neuesten Versionen des IFS-Modells kommen den Beobachtungsdaten, mit denen die Berechnungen abgeglichen werden, bereits erstaunlich nah. „Man könnte zugespitzt sagen: Die Modellierung hat unsere Messwirklichkeit eingeholt“, sagt Brunner. Nicht mehr das Modell ist der limitierende Faktor, sondern die Genauigkeit der Messdaten.

Mit jedem Modell wurden verschiedene Szenarien berechnet und dann mit den tatsächlich gemessenen Werten verglichen. Dabei kam nicht nur ein Referenzdatensatz zum Einsatz, sondern es wurden insgesamt zehn Rechnungen vergleichend durchgeführt, um die Qualität verschiedener Datensätze zu berücksichtigen. Dabei zeigten sich große Unterschiede, die deutlich machen: Die Bewertung der Modellqualität hängt stark von den zur Verfügung stehenden Daten ab.

Gleichzeitig räumt die Studie mit einem Missverständnis auf: Der Trend zu immer höherer Auflösung allein garantiert keinen Fortschritt. „Einfach nur die Auflösung zu verdoppeln, ohne sonst etwas am Modell zu verändern, wird das Ergebnis meist nicht verbessern“, betont Brunner. Entscheidend sei, dass auch die Modellphysik und die Feinabstimmung an die neue Auflösung angepasst werden.

An der Studie beteiligt waren neben dem Exzellenzcluster CLICCS auch die Universität Wien, das Max-Planck-Institut für Meteorologie, das Alfred-Wegener-Institut und die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich.

Der Exzellenzcluster „Climate, Climatic Change, and Society“ (CLICCS) an der Universität Hamburg erforscht, wie sich das Klima verändert und wie Gesellschaft und Klimawandel zusammenwirken. Die übergeordneten Fragen dabei lauten: Welche Klimazukünfte sind plausibel – und wie lassen sich gewünschte Klimazukünfte erreichen?

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