Klimafolgenmodellierung

Die Entwicklung des Klimas kann nicht vorhergesagt werden. Die heutigen Erkenntnisse über die Prozesse und Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems können jedoch helfen, Abschätzungen über dessen zukünftige Entwicklung vorzunehmen. Dabei spielen Computermodelle eine wichtige Rolle. Sie arbeiten mit mathematischen Gleichungen, die auf Basis bestimmter Annahmen über die Entwicklung klimarelevanter äußerer Einflussfaktoren eine Abschätzung der zukünftigen Veränderungen des Klimas sowie die daraus resultierenden Folgen für verschiedene Systeme ermöglichen.

Modellkette

Über Modellketten lassen sich die regionalen Klimaprojektionen ableiten, die die möglichen zukünftigen Klimaentwicklungen darstellen können. Verschiedenste Einflussfaktoren und Entwicklungstrends führen zu einer großen Spannweite an Zukunftsbildern. Jedes Glied dieser Kette beinhaltet individuelle Unsicherheiten, die sich am Ende in den Ergebnissen widerspiegeln.

Klimaszenarien / Treibhausgasszenarien

Zu Beginn der Modellkette stehen die Treibhausgasszenarien. Diese basieren auf Annahmen über weltweite Entwicklungen des Bevölkerungswachstums, der ökonomischen und sozialen Verhältnisse, der technologischen Veränderungen, des Ressourcenverbrauchs und des Umweltmanagements. Diese Entwicklungen können grundsätzlich nicht vorhergesagt werden. Aufgrund dessen bildet eine Vielzahl an unterschiedlichen Szenarien die Bandbreite der möglichen zukünftigen Treibhausgasemissionen ab.

Auf Basis dieser Annahmen werden Aussagen darüber getroffen, wie sich der Ausstoß von Treibhausgasen (Emissionsszenarien) und folglich die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre (Konzentrationsszenarien) entwickeln werden. Derzeit gibt es zwei Gruppen von Szenarien: die SRES Emissionsszenarien aus dem 4. Sachstandsbericht des IPCC von 2007 und die Gruppe der RCP-Szenarien aus dem 5. Sachstandsbericht des IPCC von 2013.

Klimamodelle

Klimamodelle sind Computerprogramme, die die Prozesse und Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems mit Hilfe von mathematischen Gleichungen beschreiben. Diese Vorgänge sind teilweise so komplex, dass sie von den Modellen nur vereinfacht abgebildet werden können. Man unterscheidet grundsätzlich zwei Typen von Klimamodellen.

Globale Klimamodelle berechnen die Entwicklung des Klimas auf der gesamten Erde. Die Grundlage dafür bilden natürliche Faktoren (wie z.B. die Einstrahlung der Sonne) sowie die oben beschriebenen Szenarien. Die Modelle berücksichtigen die komplexen Prozesse in der Atmosphäre und in den Ozeanen, wie Schneeschmelze, Eisgang und verschiedene Arten der Vegetation sowie in der Biosphäre. Dabei stellen sie das Geschehen in Form eines dreidimensionalen Gitters dar. Die räumliche Auflösung liegt bei etwa 100-200 km.

Regionale Klimamodelle berechnen die Entwicklung des Klimas für einen Ausschnitt der Erde, z. B. Europa oder Deutschland. Dabei nutzen sie die Ergebnisse der Globalen Klimamodelle und verfeinern diese auf einem räumlich höher aufgelösten Gitter. Die Rasterweite liegt hier bei ca. 10-50 km. Dabei werden auch lokale Besonderheiten, wie z. B. Gebirge, besser berücksichtigt.

Klimaprojektion

Klimaprojektionen sind das Ergebnis der Anwendung von Klimamodellen, die auf den Treibhausgasszenarien basieren. Projektionen sind „wenn-dann" Aussagen: wenn dieses Szenario eintrifft, dann könnte das geschehen... . Sie geben Auskunft über mögliche Entwicklungen des Klimas in der Zukunft und bilden eine wichtige Grundlage, um Informationen über Klimafolgen und mögliche Anpassungsoptionen zu gewinnen.

Eine genaue Prognose des in der Zukunft herrschenden Klimas ist nicht vorhersagbar. Nur sogenannte Klimaprojektionen des zukünftigen Klimas sind auf Grundlage der Entwicklungsszenarien möglich.

Die zukünftige Entwicklung des Klimas ist abhängig von verschiedenen unsicheren Faktoren, wie z. B. der Entwicklung der Menschheit, der Emissionen von Treibhausgasen und der natürlichen Prozesse wie z. B. der Einfluss der Sonne, Vulkanausbrüche etc.

Abflussprojektion / Wasserhaushaltsmodellierung

Die Abflussprojektion ist die Abschätzung des zukünftigen Abflusses mit Hilfe der Klimamodelle auf Basis der vorgegebenen Szenarien. Die regionalen Klimaprojektionen dienen als Eingangsdaten für weitere Modellierungen der Auswirkungen des Klimawandels, zum Beispiel in Wasserhaushaltmodellen. Diese Wirkungsmodellierung erlaubt Aussagen darüber, wie sich die Klimaveränderungen auf hydrologische Kenngrößen wie Hochwasser- oder Niedrigwasserabfluss auswirken.

KliBiW Vorgehensweise:

Das Projekt analysiert mögliche Klimafolgen auf Basis von einem gemäßigten Szenario (SRES A1B), das von einer zukünftig ausgewogenen Nutzung von fossilen und regenerativen Energieträgern ausgeht, sowie einem „Weiter-wie-bisher"-Szenario (RCP8.5), bei dem zukünftig weltweit kaum Klimaschutz betrieben wird. Anhand verschiedener Klimamodelle wird die Entwicklung von meteorologischen Indizes analysiert. Daneben werden die Klimamodelldaten als Eingangsdaten in hydrologischen Modellen genutzt.

Weitere Informationen zur Methodik erfahren Sie auf den KliBiW-Projektseiten.