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Regionale Klimamodellierung

1. Hintergrund

Bereiche, die das Thema "Klimamodellierung" berühren.

 

Der Klimawandel vollzieht sich auf allen räumlichen Skalen, von der globalen, über die kontinentale bis zu den regionalen und lokalen Skalen. Dabei sind die Veränderungen nicht nur global anders ausgeprägt als lokal, sondern auch z.B. von Region zu Region verschieden. Das regionale und lokale Klima wird durch Strukturen wie Stadt-Land Verteilung, Landnutzung und seine Änderung, Bodenarten, Wasserflächen, Berge, Täler, Vegetation (Topographie) beeinflusst (Panitz 2012).

Klimamodelle simulieren das Klima der Erde und seine Veränderungen auf der Grundlage von physikalischen Gesetzen, die durch mathematische Gleichungen beschrieben werden. Diese Gleichungen bilden, soweit möglich, die einzelnen (physikalischen, chemischen und biologischen) Komponenten des Klimasystems und ihre komplexen Wechselwirkungen und Rückkopplungen numerisch ab. Klimamodelle haben eine horizontale und eine vertikale Ausdehnung (bis etwa in 15km Höhe), das heißt, sie können Berechnungen für das Klima in dreidimensionaler Erstreckung rechnen. Zur mathematischen Umsetzung der Klimamodelle wird über das Gebiet, für das eine Berechnung durchgeführt werden soll (ganze Welt, einzelne Region, etc.), ein Rechengitter gelegt. Dort werden an jedem Punkt die verschiedene Werte für die Variablen Temperatur, Niederschlag, Wind, usw. ausgerechnet. Der Abstand, mit dem diese Gitterpunkte voneinander entfernt liegen, ist das Maß für die räumliche Auflösung des Modells und der darin dargestellten Prozesse. In Klimamodellen – im Gegensatz zu Wettermodellen - sind die Anfangsbedingungen, von denen die Berechnung ausgeht, nicht so bedeutend wie bei Wettervorhersagen, sondern es ist wichtiger, die externen und internen Faktoren, die das Klima beeinflussen, möglichst genau zu kennen und in mathematisch-physikalischen Gleichungen unter der Angabe von Anfangs- und Randbedingungen ausdrücken zu können. Damit sind mittel- und langfristige Projektionen möglich, die aber nur bestimmte Wahrscheinlichkeiten und Entwicklungskorridore angeben können. Meist beziehen sich die Klimaprojektionen auf den Zeitraum bis zum Jahr 2100.

Neben diesen numerischen Modellen gibt es auch statistische Klimamodelle: Diese Modelle ziehen die für bestimmte Großwetterlagen typischen Wetterentwicklungen heran. Anschließend werden Projektionen geschaffen, aus denen hervorgeht, wie die Wetterlagen in der Zukunft statistisch verteilt sein werden. Daraus lassen sich dann Aussagen für das Klima ableiten. Die möglichen Klimaentwicklungen werden als nicht direkt aus (numerischen) Szenarienrechnungen gewonnen, sondern aus sich ändernden Häufigkeiten der Wetterlagen. Statistische Verfahren sind mit einem geringeren Rechenaufwand verbunden als numerische, haben aber klare statistische Beziehungen als Voraussetzung und benötigen außerdem langjährige Messreihen in sehr hoher räumlicher Auflösung.