Klimavorhersage, wie funktioniert sie?

12. Mai 2022, von Iuliia Polkova

Foto: Iuliia Polkova

Klimavorhersagen liefern Informationen über die zukünftige Entwicklung von Klimakomponenten wie Atmosphäre, Meereis, Ozean und Land. Ein Beispiel ist die Lufttemperatur für verschiedene Orte auf der Erde in verschiedenen zeitlichen Auflösungen, z.B. monatlich, jährlich usw. Klimavorhersagen werden mit Erdsystemmodellen erstellt und nutzen unser bestes Wissen über den aktuellen Zustand des Klima- und Strahlungsantriebs wie Treibhausgasemissionen, Vulkanausbrüche und Sonneneinstrahlung.

In meinem Projekt geht es um die Untersuchung optimaler Möglichkeiten, dieses Wissen über den aktuellen Zustand des Klimas in Erdsystemmodelle (ESM) einzubringen. Kurz gesagt, ist es für die Qualität der Klimavorhersagen von Bedeutung, wie genau wir Beobachtungen in ESMs einbringen. Ein falscher Ansatz kann dazu führen, dass das ESM schnell die Informationen verliert, die im Klimazustand enthalten sind, der als Ausgangspunkt für die Klimavorhersagen dient. Das liegt daran, dass die Komponenten der Erde wie die Atmosphäre und der Ozean durch den Austausch von Energie und Materie eng miteinander verbunden sind. Die Atmosphäre und der Ozean kommunizieren zum Beispiel über Winde und Wellen, Verdunstung und Niederschlag. Diese Flüsse müssen im Modell räumlich und zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein. Andernfalls können in Simulationen Strömungen entstehen, die in der Natur nicht existieren. Daher ist die Entwicklung von Methoden zur Einführung von Klimabeobachtungen in ESMs sehr wichtig und erfordert eine möglichst natürliche Abbildung der Anfangszustände, um solche Fehler bei Klimavorhersagen zu vermeiden.

Im Allgemeinen benötigen wir für eine Klimavorhersage ein ESM, das das aktuelle Klima gut simulieren kann. Außerdem benötigen wir Beobachtungen als Ausgangspunkt für die Komponenten des Ozean-, Atmosphären- und Meereismodells sowie für die externen Antriebe des Klimasystems wie Änderungen der Treibhausgaskonzentrationen, vulkanische Aerosole, Sonneneinstrahlung usw. Außerdem benötigen wir Methoden, um alle verfügbaren Beobachtungen aus verschiedenen Beobachtungssystemen auf die Gitterzellen des Klimamodells zu übertragen. Aufgrund der spärlichen Datenlage, kurzer Aufzeichnungszeiträume und manchmal fehlender Beobachtungen für bestimmte Regionen muss die Lücke mit Modelllösungen durch so genannte Datenassimilationsmethoden gefüllt werden. In meinem Projekt analysiere ich fortgeschrittene und einfachere Datenassimilationsmethoden, um ihre Auswirkungen auf die Qualität der Klimavorhersagen zu testen.

Ich habe an verschiedenen Bausteinen von Klimavorhersagen gearbeitet, von der Konzeption der Experimente bis zur Mitgestaltung eines konkreten Klimadienstes. Das Thema Klimavorhersagen fasziniert mich nach wie vor. Es gibt bereits viele nützliche Klimadienste, die auf der ganzen Welt entwickelt wurden, aber wir haben das Potenzial von Klimavorhersageanwendungen bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Ich freue mich darauf, einen Beitrag dazu zu leisten, wie man Klimavorhersagen verbessern und Vertrauen in sie aufbauen kann, damit sie für fundierte Entscheidungen und Planungen in verschiedenen Bereichen von Wirtschaft und Gesellschaft genutzt werden können.