Gymnasium Marktbreit/Wissenschaftswoche 2024/11aMatheInfo/Arbeitsgruppe 2/Simulationen - Schwerpunkt Klimwandel

Klimasimulation

Die Anwendung eines Klimamodells, um mögliche klimatische Szenarios auf Grundlage von bekannten Daten zu berechnen.

Klimamodelle

Ein Klimamodell ist eine vereinfachte Darstellung der Realität in Form eines Computerprogramms. Hierbei werden die verschiedenen Komponenten des Klimasystems Land, Eis, Ozean und Atmosphäre auf Grundlage von naturwissenschaftlichen Gesetzen und bestimmten klimatischen Szenarien simuliert. TODO: Klimaprojektionen

Szenarien

Szenarien sind Simulationen, die auf vorher entwickelten Annahmen basieren. Man stellt ein Prognose für die Entwicklung des Bevölkerungswachstums, des Umweltmanagements, der technologischen Entwicklung und des Ressourcenverbrauchs und berechnet mithilfe dieser Annahmen mögliche Entwicklungen des Klimas häufig Klimaprojektionen genannt. Ein oft genutztes Beispiel ist das Treibhausgasszenario, welches anhand von aktuellen und wahrscheinlich stattfindenden Klimaschutzmaßnahmen die Emissionen vorraussagen. Diese Szenarien werden verwendet um "wenn-dann"-Aussagen zu treffen.

Verschiedene Arten von Klimamodellen

Man unterscheidet zwischen globalen und regionalen Klimamodellen. Erstere haben meist eine sehr grobe Auflösung und werden dafür verwendet, das Klimasystem der gesamten Erde zu illustrieren. Aufgrund der vergleichsweise großen Gitterzellen (ca. 100km * 100km) und des Fehlens von z.B. regionalen topographischen Details weisen diese somit keine hohe Genauigkeit für die einzelnen Regionen auf. Regionale Klimamodelle hingegen bestehen aus weitaus kleineren Gitterzellen (zwischen 12,5km und 20km) und können somit Prognosen für das Klima in einer bestimmten Region akkurater berechnen.

Herausforderungen von Klimamodellen

1. Genauigkeit. Durch die Berechnung des Klimas in Gitterfeldern werden regionale Begebenheiten vergleichsweise ungenau dargestellt. Besonders bei globalen Klimamodellen ist die Gittergröße von 4.000 bis 10.000 km² dafür verantwortlich, dass Ungenauigkeit ensteht. Auch wenn bei regionalen Modellen dieses Problem mit einer kleineren Gittergröße von 150 bis 200 km² zu lindern ist, fehlt aktuell die Rechenleistung um auf globalen Modell mit diesen Gittergrößen berechnen zu können.

1. Fehlendes Systemwissen. Die Klimaentwicklung ist von mehreren Parameter abhängig, darunter auch das Wetter. Jedoch ist z.B: die Bildung von Gewitterwolken nicht ausreichend genug erforscht, um diese im Modell realitätsnah zu simulieren. Dies führt dazu, dass dem Detailanspruch einer Klimasimulation in mancher Hinsicht noch nicht ganz gerecht werden kann.

1. Unvorhersehbare Faktoren. Technologischer Fortschritt, Bevölkerungswachstum oder Ressourcenverbrauch sind einige Beispiele von Faktoren, die man nie eindeutig vorhersehen kann. So kann zum Beispiel eine genetisch veränderte Pflanze dazu führen, dass deutlich mehr CO₂ gebunden wird.

Geschichte von Klimamodellen

Klimamodelle ohne Computerprogramme

In den 1960er Jahren wurde hauptsächlich die Strahlungsbilanz der Erde und der Sonne betrachtet. Trotz der technischen Grenzen und fehlendem Wissen, konnte man zum Beispiel schon die Veränderung der Jahresmitteltemperatur herausfinden, wenn man den CO₂ Gehalt der Atmosphäre verdoppeln würde. Es wurden auch verstärkende Effekte, wie die Schnee-/Eis-Albedo-Rückkopplung festgestellt, welche zu sogenannten Kipppunkten führen, an denen eine Entwicklung nur mit wesentlich mehr Aufwand aufgehalten werden kann.