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Klimaprojektionen

Während das Klima der Vergangenheit und Gegenwart durch meteorologische Daten und Beobachtungen gut beschrieben werden kann, müssen für Aussagen zu möglichen zukünftigen Klimaentwicklungen physikalische Rechenmodelle herangezogen werden. Die Ergebnisse dieser Simulationen werden als Klimaprojektionen bezeichnet.

Globale Klimamodelle

Globale Klimamodelle beschreiben die Prozesse im Klimasystem (z.B. Strömungsvorgänge und Veränderungen der Temperatur und Feuchte) über physikalische Grundgleichungen (z.B. Massen-, Impuls, und Energieerhaltungsgesetzte sowie Thermodynamische Hauptsätze). Meist setzen sich die globalen Klimamodelle aus mehreren Submodellen zusammen (s. Abb. 1). Der Aufbau der Klimamodelle erfolgt über eine dreidimensionale Gitterzellenstruktur (s. Abb. 2). Globale Klimamodelle haben dabei typischerweise eine horizontale Auflösung von ca. 100 km bis 200 km sowie 100 m bis 10 km vertikal. Die Veränderung der Größen im Klimamodell wird für jede Gitterzelle für konkrete Zeitschritte (typischerweise zwischen 5 und 30 Minuten) berechnet.


Abb. 1: Schema eines gekoppelten Ozean-Atmosphärenmodells mit weiteren angegliederten Modellen; Autor: Dieter Kasang

Zusätzlich zu den klimatischen Ausgangsbedingungen, gehen in die Klimamodelle als weitere Eingangsdaten Annahmen über die zukünftige Entwicklung der Treibhausgasemissionen und –konzentrationen ein, die als Klimaszenarien bezeichnet werden. Über unterschiedliche Klimaszenarien kann der anthropogene Einfluss auf die zukünftige Klimaentwicklung abgeschätzt werden.Verschiedene Klimaszenarien werden vom IPCC (Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen) veröffentlicht.

Im vierten Sachstandsbericht (2007) basierten diese Szenarien zur Berechnung der Klimaprojektionen auf möglichen gesellschaftlichen Entwicklungen hinsichtlich des Bevölkerungswachstums, des Umgangs mit Fossilien- und Erneuerbaren Energien und wirtschaftlichen Faktoren, aus welchen dann mögliche Treibhausgasemissionen abgeleitet wurden (SRES-Szenarien: Special Report on Emission Scenarios).

Mit dem fünften Sachstandsbericht (2013/14) wurde eine neue Methode eingeführt. Hierbei werden basierend auf dem Strahlungsantrieb, der stellvertretend für die Erwärmungswirkung steht, mögliche repräsentative Treibhausgaskonzentrationspfade (RCP-Szenarien: Representative Concentration Pathways) vorgegeben. Diese dem jeweiligen Strahlungsantrieb zum Ende des Jahrhunderts entsprechenden Treibhausgaskonzentrationspfade sind unabhängig von der Zusammensetzung der Treibhausgasemissionen. Erst in einem weiteren Schritt wird mit Hilfe von Kohlenstoffkreislaufmodellen berechnet, welche Emissionen für bestimmte Konzentrationspfade kompatibel sind. Dabei wird auch die Rückkopplung mit den meist kühlend wirkendenden Aerosolen berücksichtigt. Darüber hinaus können sich die Konzentrationspfade durch die Implementierung politischer Klimaschutzmaßnahmen in ihrem Verlauf unterscheiden.

Regionale Klimamodelle

Häufig wird der Wunsch nach feiner aufgelösten Daten, als die globalen Modelle sie liefern, geäußert, um regional differenzierter Aussagen über die zukünftige Klimaentwicklung treffen zu können. Daher werden Simulationen mit regionalen Klimamodellen durchgeführt, die mit den Ergebnissen der globalen Klimamodelle angetrieben werden (s. Abb. 2).


Abb. 2: Regionalisierungvon Klimamodellen; Quelle: DWD (www.dwd.de)

Klimamodellprojektionen für Nordrhein-Westfalen

Die Ergebnisse der regionalen Klimamodellprojektionen für Nordrhein-Westfalen zeigen dabei zukünftig einen weiteren Anstieg der Lufttemperaturen, der insbesondere in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts deutlich ausfallen wird. Für den Niederschlag ist von moderaten Zunahmen auszugehen, jedoch bei saisonalen Unterschieden, z.B. trockeneren Sommern. Dabei ist zu beachten, dass die Simulation der Niederschlagsentwicklung größere Unsicherheiten aufweist, als die der Temperaturentwicklung. Zudem sollte bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtig werden, dass die Unsicherheiten mit längeren Simulationszeiträumen ansteigen.

Die Zunahme der Temperaturen, trockenere Sommer und vermehrte Extremwetterereignisse (längere und stärkere Hitzeperioden, Starkregenereignisse, stärkere und vermehrte Stürme) werden starke Auswirkungen auf Menschen, Natur und Tiere (z.B. Verschiebungen des jahreszeitlichen Entwicklungsgangs) haben und erfordern konsequente Maßnahmen zum Klimaschutz. Darüber hinaus müssen in unterschiedlichen Bereichen wie Land- und Forstwirtschaft, Gesundheit, Siedlungsklima, Wasserhaushalt, Katastrophenschutz, Natur- und Artenschutzschutz oder Wirtschaft (z.B. Tourismus) Maßnahmen und Strategien zur Anpassung an die unvermeidbaren Folgen des anthropogenen Klimawandels entwickelt und umgesetzt werden.

Literatur

  • IPCC (2013): Summary for Policymakers. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
  • IPCC (2007): Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.