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Klimasimulationen für Wissenschaft und Gesellschaft
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«Zwei-Grad-Ziel könnte noch erreicht werden»
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Wissenschaftler am Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) und am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) haben mit dem neuen Klimamodell des MPI-M berechnet, dass das Zwei-Grad-Ziel doch noch erreicht werden könnte.
Die Voraussetzung dafür wäre allerdings eine umgehende und drastische Minderung der Kohlendioxidemissionen. In einem internationalen Modellvergleich haben die Forscher den komplexen Kohlenstoffkreislauf und die Vegetationsdynamik in die Klimaprojektionen für das 21. Jahrhundert integriert.
Die Simulationen zeigen im Falle einer weiter ansteigenden CO2-Konzentration nicht nur einen deutlichen Temperaturanstieg, sondern auch eine erheblich schnellere Versauerung der Ozeane. Besonders betroffen davon sind Tiere, die Kalkschalen bilden.
Erstmals wurden neben Langzeitprojektionen auch detaillierte Klimaprognosen für die kommenden zehn Jahre durchgeführt. Die neuen Klimasimulationen sind auf dem Höchstleistungsrechner des DKRZ durchgeführt worden und haben dort etwa ein Viertel der Gesamtkapazität über einen Zeitraum von zwei Jahren beansprucht.
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Klimamodelle |
Thema: Neue Klima-Modellrechnungen
Frage: Welche wesentlichen Vorteile ergeben sich durch die neuen Klima-Modellrechnungen?
Die neuen Modellrechnungen bringen eigentlich ein paar neue Elemente in diesen Fragenkomplex "Wie kann sich das Klima weiterentwickeln?" und ein wichtiger Teil ist, dass wir im Modellsystem neue Prozesse mit integriert haben. So können wir jetzt z.B. mit einbeziehen wie der Kohlenstoffkreislauf reagiert auf die Änderung des Klimas und wir können auch sagen wie die Änderung des Klimas möglicherweise durch den Kohlenstoffkreislauf selbst beeinflusst wird. Das ist ein neuer Teil. Ein zweiter neuer Aspekt besteht darin, dass wir andere Szenarien benutzen. Szenarien, das sind ja Geschichten, die beschreiben wie sich die Wirtschaftssysteme, die Nationen weiterentwickeln und was es bedeutet für die Emission von CO2 oder anderen Gasen, die für das Klima relevant sind.
In den neuen Szenarien da werden das erste Mal politische Massnahmen mit integriert, also politische Massnahmen mit dem Ziel eine Klimaänderung einzugrenzen. Dass sich eine Klimaänderung oder die Emission, die dazu führt, nicht einfach nur aus der Wirtschaft ergibt und aus der Art und Weise wie sich die Welt entwickelt, sondern dass eventuell auch aktiv etwas dagegen unternommen wird. So gibt es jetzt Szenarien, die das Ziel haben, die Klimaänderung in der globalen Temperatur auf weniger als zwei Grad einzuschränken. Und das haben wir das erste Mal jetzt verwenden können als Vorgabe für unsere Klimamodelle. Die dann sehr im Detail rechnen können was nun der Effekt ist von diesen Anstiegen in den Emissionen oder in Konzentrationen von CO2 beispielsweise.
Thema: Beschreibung Atmosphären-Klimamodell
Frage: Wie funktioniert so ein Atmosphären-Klimamodell?
In einem Atmosphärenmodell da versuchen wir das Wetter zu simulieren und zwar auf der ganzen Welt, und dazu müssen wir zum Beispiel verstehen, wie sich die Temperaturen ändern wenn die Sonne scheint zum Beispiel oder wie sich die Druckverhältnisse ändern - dann gibt's Wind. Oder wir versuchen zu verstehen, warum gibt es Wolken oder wie sind die Effekte dieser Wolken.
von Dr. Marco Giorgetta
Gruppenleiter Klimamodellierung
Wissenschaftliche Abteilung: Atmosphäre im Erdsystem
Max-Planck-Institut für Meteorologie Hamburg |
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Interpretationen der Klimamodelle |
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Mit der Veröffentlichung der aktuellen Datensätze geben die Hamburger Klimaforscher den Startschuss für die Interpretation ihrer Berechnungen durch die weltweite Gemeinschaft der Klimaforscher. Zudem werden die Ergebnisse die Grundlage für gesellschaftspolitische Diskussionen über mögliche Klimafolgen und den daraus resultierenden Handlungsbedarf bilden. Die aktuellen Modellrechnungen sind Teil des Weltklima-Forschungsprogramms (WCRP – World Climate Research Programme). Im Rahmen dieses Programms werden die koordinierten Berechnungen der zahlreichen globalen gekoppelten Klimamodelle weltweit miteinander verglichen. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit mehr als 3 Mio. Euro gefördert.
Falls die CO2-Emissionen ungebremst weiter ansteigen, so wie im ungünstigsten Szenario angenommen, erwarten die Wissenschaftler eine Erwärmung um bis zu vier Grad im globalen Mittel bis zum Jahr 2100. Die Folgen wären sehr vielfältig.
"Wir würden weltweit mehr länger anhaltende und auch drastischere Hitzewellen haben", so Jochem Marotzke, Direktor am Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie und stellvertretender Vorsitzender des Weltklima-Forschungsprogramms. "Unsere jetzt gerade fertig gestellten Rechnungen haben gezeigt, dass wir tatsächlich die Erwärmung im Laufe dieses Jahrhunderts auf unter zwei Grad begrenzen können. Allerdings erfordert das eine drastische Minderung in den Kohlendioxidemissionen."
Laut den aktuellen Berechnungen schmilzt das Sommereis der Arktis schneller als bisher vorhergesagt. Durch das Schmelzen der Eisflächen strahlt weniger Sonnenenergie in das Weltall zurück und erwärmt stattdessen zusätzlich den Ozean (Albedo-Effekt). Die Geschwindigkeit des Abschmelzens des Meereises hängt direkt mit der globalen Erwärmung zusammen. "Unsere Berechnungen stimmen jetzt deutlich besser als bisher mit den Beobachtungen des arktischen Meereises aus den letzten Jahrzehnten überein", erklärt Dr. Johann Jungclaus, Ozean-Experte am Max-Planck-Institut für Meteorologie.
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Den Klimawissenschaftlern am MPI-M ist es erstmals gelungen, die nordatlantische Meeresströmung genau vorauszuberechnen. Mit Hilfe von aktuellen Beobachtungsdaten ist es gelungen, einen konsistenten aktuellen Startzustand der Ozeanzirkulation zu bestimmen und in das Ozeanmodell einzubauen. Damit ist es nun möglich, Klimaanomalien für die nächsten fünf bis zehn Jahre vorherzusagen.
"Die aktuellen Berechnungen zeigen, dass der Ozean durch die CO2-Belastung bereits um etwa 30% saurer gegenüber der Situation vor der Industrialisierung geworden ist. Wissenschaftler bezweifeln, dass viele Organismen sich an diese Änderung schnell genug anpassen können. Das betrifft besonders Kalk bildende Organismen wie Muscheln und Korallen", so Jungclaus.
In den sogenannten Millenniums-Simulationen (Berechnungen über die letzten 800-1000 Jahre) haben die Hamburger Forscher festgestellt, dass der Mensch die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bereits seit 1750 durch die Umwandlung von Wäldern in Ackerland beeinflusst hat. Die ersten Spuren des menschlichen Fussabdrucks im Kohlenstoffkreislauf wurden damit lange vor der industriellen Revolution und vor der Nutzung von fossilen Energieträgern wie Öl und Kohle sichtbar.
Alle Klimasimulationen wurden am Deutschen Klimarechenzentrum berechnet, einem der weltweit grössten Rechenzentren, die speziell auf Klimasimulationen ausgelegt sind. "Mit einer Rechenleistung von 158 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde haben unsere Wissenschaftler bei über 350 Klimaexperimenten insgesamt 13.000 Jahre Klimageschehen simuliert", so Prof. Dr. Thomas Ludwig, Geschäftsführer des Deutschen Klimarechenzentrums in Hamburg. "Diese Rechenleistung entspricht etwa 30 Millionen Prozessorstunden herkömmlicher Computer."
Die Hamburger Klimaforscher waren Pioniere bei der Entwicklung eines der ersten dreidimensional auflösenden gekoppelten Atmosphären-Ozean-Modelle. Das Max-Planck-Institut für Meteorologie gehört weltweit zu den führenden Klimaforschungsinstituten und hat seit seiner Gründung 1975 viele wesentliche Beiträge zur Klimaforschung geleistet. Prof. Dr. Klaus Hasselmann, Gründungsdirektor des MPI-M, hat 1996 mit seinem Team erstmals den wissenschaftlichen Nachweis erbracht, dass die Erderwärmung mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 95% auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist.
Um zu verstehen, wie der Mensch das Klima beeinflusst, wurde vor 30 Jahren das Weltklima-Forschungsprogramm durch die WMO (World Meteorological Organization), die Internationale Kommission für Ozeanographie und die Internationale Gemeinschaft von Wissenschaftlichen Vereinigungen gegründet. Ein ganz wesentlicher Teil des Weltklima-Forschungsprogramms beschäftigt sich mit der Klimamodellierung und damit einhergehenden Klimavorhersagen.
Die Ergebnisse der Hamburger Klimamodellrechnungen fliessen 2013 in den Fünften Sachstandsbericht des Weltklimarats (IPCC) ein.
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| Quelle: Text Deutsches Klimarechenzentrum (DKRZ)und
Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), Hamburg, Februar 2012 |
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