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Klimawandel und seine Folgen

Klimamodelle II

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Welche Klimamodelle gibt es ?
Zusammenfassung des Artikels von Dr. Dieter Kasang
im Auftrag vom Climate Service Center des Helmholtz-Zentrums Geesthacht

Unser Klima wird im Wesentlichen durch die Energiebilanz von Strahlungsflüssen und den turbulenten Flüssen von fühlbarer und latenter Wärme beschrieben, denn diese Energiebilanz bestimmt die Höhe der Temperatur im Lebensraum des Menschen

In den Anfängen wurde nur die Änderung der solaren und terrestrischen Strahlungsbilanz untersucht. Die Transportprozesse in der Atmosphäre (Transport von warmer Luft nach Norden und kalter Luft nach Süden) wurden zunächst also nicht berücksichtigt. (konzeptionelle Modelle)
trotzdem bereits damals bekannt und darstellbar : dass es Rückkopplungsmechanismen und selbstverstärkende Prozesse im Klimasystem gibt. Hierzu gehört z.B. die Schnee-/Eisalbedo-Rückkopplung: Das Tauen von Gletschern oder das Abschmelzen der Polkappen reduziert das Rückstrahlvermögen, die sogenannte Albedo, der Erde. Dadurch erwärmt sich die Erde noch mehr, was wiederum das Abtauen verstärkt. Durch die Eis-Albedo-Rückkopplung kann es zu Kipp-Punkten im Klimasystem kommen, d. h. zu einem sich selbst verstärkenden, irreversiblen Prozess.

Heutige Klimamodelle geben ein sehr viel differenzierteres Bild der gobalen und regionalen Temperaturänderung und der Änderung weiterer Größen (wie z.B. Niederschlag, Wind, Wolkenbedeckung etc.) wieder, das mit einfachen Energiebilanzmodellen nicht erzeugt werden kann. Mit komplexen Modellen wurden auch weitere Kipp-Punkte entdeckt (z B. die Versauerung der Ozeane oder das Auftauen der Permafrostböden).
Mit großen Rechnerkapazitäten können mit den heutigen gekoppelten komplexen Klimamodellen sehr lange Klimasimulationen durchgeführt, 100te Jahre---so können die statistischen Eigenschaften des Klimasystems beschrieben und damit auch Schwankungen des natürlichen Klimas analysiert werden.
zB. Folge der Änderung der Treibhausgaskonzentrationen werden mittels komplexer Klimamodelle beantwortet, die in jüngster Zeit durch sog. Erdsystemmodelle mit interaktiven biogeochemischen Kreisläufen ergänzt wurden

Boxmodell: aus den 60ern. Zum Verständnis der allgemeinen Zirkulation im Ozean wurde ein einfacher Modelltyp entwickelt, das so genannte Boxmodell. Boxmodelle sind numerische Konstrukte zur konzeptionellen Vereinfachung komplexer Systeme. Der Ozean wird hier in zwei Gebiete (Boxen) aufgeteilt. Eine Box repräsentiert den Ozean in nördlichen Breitengraden, die andere den Ozean in Äquatornähe. In den Boxen herrscht daher eine jeweils unterschiedliche Temperatur, ein unterschiedlicher Salzgehalt und damit auch eine unterschiedliche Dichte. Durch den Dichteunterschied (Dichtegradient) streben beide Boxen danach, „sich auszutauschen“ (durch sogenannte „Flüsse“).

Die atmosphärischen Klimamodelle wurden Anfang der 1970er Jahren weiterentwickelt, parallel zur Entwicklung der Computer.
Zunächst wurde die horizontale Struktur der Atmosphäre mit Hilfe von zonalen (also entlang eines Breitengrades in West-Ost-Richtung entstandenen) Mittelwerten beschrieben,
während die meridionalen Transporte in Nord-Süd-Richtung mittels dieser zonalen Mittelwerte umschrieben (parameterisiert) wurden.
Diese Modelle waren also noch nicht fähig, das Klima entlang der Breitenkreise (früher auch als "Breitengrade" bezeichnet) zu beschreiben.
E*rst mit der Zunahme der Rechnerkapazitäten dann auch die Thermodynamik,zB Rolle der Feuchtigkeit, in die Wettervorhersagemodelle mit eingebaut.* im Laufe der 1970er Jahre dann die Wettervorhersagemodelle auch für die Klimaforschung eingesetzt. In der Weiterentwicklung entstanden die heutigen komplexen Modelle für die sogenannte „allgemeine Zirkulation“

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