Regionale Klimamodellierung

2. Klima und Klimamodellierung

Klimamodelle haben in den letzten Jahrzehnten eine enorme Entwicklung vollzogen (siehe Abb.). Während noch zu Beginn der 1970er ein reines Atmosphärenmodell mit CO₂-Emissionen verwendet wurde, konnten in den späten 1990er der Ozean, die Schnee- und Eisdecken, die Landoberfläche und die Sulfat-Aerosole angekoppelt werden. Mit dem aktuellen Sachstandbericht des IPCC in 2007 kamen die interaktive Vegetation und die Atmosphärenchemie hinzu.
 

Chronologie der Klimamodellentwicklung. Quelle: Hamburger Bildungsserver nach IPCC 2007.

Entwicklung der Klimamodelle. Nach IPCC 2007.

Eigenschaften

Globale Modelle weisen eine Auflösung von 100 – 300 km auf. Das heißt, sie können auch nur Aussagen für die globale und kontinentale Entwicklung treffen. Großes Aufsehen erfährt der IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)-Bericht, der verschiedene Szenarien für die Zukunft auswertet und Wirkungen und Anpassungsmöglichkeiten ableitet.

Für die Analyse regionaler Unterschiede werden regionale Klimamodelle verwendet, da z.B. für die Fläche von Baden-Württemberg im Globalmodell nur wenige Modell-Gitterpunkte berechnet werden. Regionale Modelle ermöglichen eine weitaus feinere Auflösung zwischen etwa 5 und 50 km. Diese Modelle bilden daher die regionalen Besonderheiten, wie z.B. Temperatur- und Feuchtegradienten im stark gegliederten Gelände besser ab.
Je feiner die Auflösung eines Modells ist, desto höher sind auch Rechenzeit und Speicherplatzbedarf, sodass sehr detaillierte Rechnungen bisher nurfür relativ kleine Gebiete durchgeführt werden können.

Verbesserung der Modellauflösung. Quelle: IPCC 2007.

Unterschiede in der räumlichen Auflösung zwischen globalen und regionalen Klimamodellen (Panitz 2012).

Für die Modellierung eines räumlichen Abschnitts mit einem regionalen Klimamodell ist es zunächst nötig, Anfangswerte und Randwerte am Rand des ausgewählten Bereichs als Antriebsdaten zu haben. Diese stammen jeweils aus Berechnung von (gröber aufgelösten) globalen Klimamodellen. Die Eingangsparameter sind unter anderem Horizontal- und Vertikalwind, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftdruck; zudem werden Informationen über die Topographie des Gebietes (Höhe über dem Meeresspiegel) über die Land-Meer-Verteilung im Modellgebiet, die Bedeckung mit Vegetation oder Wald und viele mehr eingespeist (Panitz 2012).

Regionalisierung in Klimamodellen.

Ensembles

Um die gesamte Bandbreite möglicher Entwicklungen des Klimas zu berücksichtigen, sind mehrere Klimasimulationen nötig, so genannte Ensembles. Diese können entweder gebildet werden, indem verschiedene Klimamodelle verwendet werden, die alle die gleichen Antriebsdaten benutzen, oder indem ein regionales Klimamodell verwendet wird, das unterschiedliche Globalmodelle oder unterschiedliche Läufe (Realisierungen) eines Globalmodells heranzieht (Panitz 2012).

Szenarien

Zusätzlich gibt es verschiedene Szenarien, die in die Modelle eingehen und die die Entwicklung der Bevölkerungszahl, die Entwicklung der Wirtschaft und die technischen Entwicklungen und damit die Emissionen und Gaskonzentrationen in der Atmosphäre für die Zukunft berücksichtigen. Entsprechend können dann mit einem oder mehreren regionalen Klimamodellen Ensembles für die verschiedenen Szenarien berechnet werden (Panitz 2012).
Die Klimamodelle rechnen jeweils Entwicklungen für einen historischen Zeitraum, z.B. 1860-2000, und einen Zeitraum in der Zukunft (z.B. bis 2100). Entsprechend werden für den historischen Zeitraum beobachtete Daten, z.B. für CO₂-Konzentrationen eingespeist, für den Zukunftszeitraum angenommene Werte, die sich aus den Szenarien ergeben (Panitz, 2012).