Klimamodell

Klimamodell,

 

mathematisch formuliertes Gleichungssystem, womit man mithilfe physikalischer beziehungsweise physikochemischer Beziehungen Klima und Klimaänderungen näherungsweise simulieren kann. Der häufig verwendete Typ eines physikalischen Klimamodells umfasst ein sehr breites Spektrum, beginnend mit nulldimensionalen (d. h. nur die bodennahe Erdmitteltemperatur wird betrachtet) Energiebilanzmodellen (EBM; Berechnung der Bilanz aus solarer Ein- und terrestrischer Ausstrahlung; Strahlung), über Strahlung-Konvektion-Modelle (nähere Betrachtung von Wärmeflüssen, insbesondere in Zusammenhang mit der Konvektion) bis hin zu dreidimensionalen Modellen der Zirkulation der Atmosphäre, meist als allgemeine Zirkulationsmodelle bezeichnet. Dabei werden bei globalen Modellen in einem System von erdumspannenden Gitterpunktsystemen (typischer Abstand 500 km, Entwicklungstrend in Richtung 200 km), die von der bodennächsten Schicht bis in die Stratosphäre reichen (etwa10-20 »Schichten«, eigentlich Flächen), die meist nur iterativ lösbaren Gleichungen für die wichtigsten Klimaelemente in Zeitschritten (meist 30-60 Minuten pro Zeitschritt) mithilfe von Großrechneranlagen berechnet und damit zunächst der gegenwärtige Klimazustand (als Kontrollexperiment) und dann entweder frühere oder künftige Klimazustände und somit Klimaänderungen abgeschätzt. Neuerdings werden atmosphärische Zirkulationsmodelle (AGCM) mit entsprechenden Modellen der ozeanischen Zirkulation (OGCM) gekoppelt, die auch die ozeanische Tiefenzirkulation mit einbeziehen. Boden (Pedosphäre) und Eisgebiete (Kryosphäre) werden dagegen in diesem allgemeinen Zusammenhang meist nur sehr marginal eingeschlossen. Die Biosphäre ist Gegenstand spezieller Modelle (Impaktmodelle; Klimaimpakt), die insofern mit Klimamodellen gekoppelt werden können, als z. B. die Reaktion der Vegetationsgebiete der Erde auf Klimaänderungen (meist noch ohne Rückkopplung mit dem Klima) abgeschätzt werden.

 

Prinzipiell unterscheidet man bei Klimamodellen Gleichgewichtssimulationen, bei denen eine stabile beziehungsweise quasistabile Reaktion des Klimazustandes auf eine eingegebene Störung beziehungsweise Änderung der Klimaantriebsfaktoren angestrebt wird (zeitlich mittelnd), von transienten Simulationen, die in ihrer detaillierten zeitlichen Entwicklung, einschließlich der dabei auftretenden Zeitverzögerungen der Effekte, betrachtet werden. In beiden Fällen können physikalische Klimamodelle mit chemischen Reaktionsmodellen kombiniert werden. Direkt auf den Beobachtungsdaten beruhen dagegen statistische Klimamodelle wie Regressionsgleichungen zwischen Ursachen und Effekten oder neuronale Netze. Solche Modelle gestatten wegen ihrer wesentlich kürzeren Rechenzeiten die simultane Betrachtung von nicht nur einzelnen, sondern vielen variierenden Einflüssen (multiples Klimamodell), liefern wegen des fehlenden physikalischen Hintergrunds aber lediglich Hypothesen über Klimaänderungen.

 

Literatur:

 

A. S. Monin: An introduction to the theory of climate (a. d. Russ., Dordrecht 1986);

 J. P. Peixoto u. A. H. Oort: Physics of climate (New York 1992);

 

Climate system modeling, hg. v. K. E. Trenberth (Cambridge 1992, Nachdr. ebd. 1995);

 

Climate change 1995,. .., hg. v. J. T. Houghton u. a. (ebd. 1996).