Wie funktionieren eigentlich Klimamodelle? Und was unterscheiden sie von Wettermodellen?

In einem früheren Artikel habe ich mich schon mit der Funktionsweise von Wettermodellen beschäftigt. Häufig kommt beim Thema Klima und Klimawandel die Frage auf, wie denn Klimamodelle das Klima soweit in die Zukunft vorhersagen können, obwohl das Wetter nur etwa maximal 5 - 10 Tage zuverlässig prognostiziert werden kann.

Klimamodelle funktionieren im Prinzip ähnlich wie Wettermodelle, denn bei beiden handelt es sich um aufwendige Computermodelle, die ein Gitternetz um die gesamte Erde legen. Um aber den wesentlichen Unterschied der beiden Modelle zu verstehen, muss man zwischen Wetter und Klima unterscheiden können.

Unterschied Wetter und Klima

Vereinfacht gesagt spielt sich das Wetter in einem viel kleineren Zeitraum als das Klima ab. Beim Wetter geht es um eine Zeitskala von wenigen Stunden bis wenigen Wochen. Der über mehrere Tage bis zu einer Jahreszeit vorherrschende Wettercharakter wird auch als Witterung bezeichnet. Wetter kann also unmittelbar gespürt und erlebt werden (es regnet oder es scheint die Sonne!).

Beim Klima sind dagegen die Zeiträume lang und das Erlebte ist viel stärker von subjektiver Wahrnehmung geprägt. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) definiert das Klima daher auch "als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren."

In den genannten Aspekten liegt dann auch der entscheidende Unterschied zwischen Wetter- und Klimamodellen. Numerische Wettermodelle berechnen mit hoher räumlicher (wenige Kilometer) und zeitlicher (einige Minuten) Auflösung die Entwicklung von Wettersystemen. Hierbei ist die möglichst genaue Vorhersage des lokalen Wettergeschehens von zentraler Bedeutung. Aufgrund der unzähligen kleinräumigen Einflüsse und der engmaschigen Gitternetze ist eine enorme Rechenleistung nötig und die Vorhersagbarkeit ist auf wenige Tage bis zu zwei Wochen beschränkt. Dabei müssen sämtliche physikalische Prozesse am Boden und in der Atmosphäre berücksichtigt werden, wie zum Beispiel die Wolkenbildung.

Im Gegensatz dazu sind die Schwerpunkte in der Klimamodellierung ganz anders gelagert. Hier geht es nicht um die Frage, wie beispielsweise das Wetter an Weihnachten 2050 an einem bestimmten Ort auf der Erde wird. Vielmehr geht es um Aussagen zu langfristigen, statistischen Trends auf globaler Ebene. Es können zum Beispiel Temperaturentwicklungen im Vergleich zu einem bestimmten Klimamittel (30 Jahre) gemacht werden. Die natürliche Variabilität beim Wetter bleibt dabei aber erhalten und kann nicht vorhergesagt werden.

Unsicherheit Mensch

Mit Klimamodellen wird versucht, die Prozesse und Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten des Klimasystems der Erde nachzubilden, also beispielsweise zwischen Atmosphäre, Ozeanen und Eismassen.

Sogenannte Klimaprojektionen ermöglichen Aussagen darüber, wie sich das Klima im Verlauf des 21. Jahrhunderts verändern könnte. Deswegen hängen Klimamodelle nicht, wie bei Wettermodellen, nur von physikalischen Formeln ab, sondern benötigen auch Annahmen über die zukünftige Entwicklung, bspw. die Frage, wie viel CO2 die Menschheit in Zukunft ausstoßen wird. Hier liegt die größte Unsicherheit in den Klimamodellen, denn niemand weiß genau, wie sich die Menschen in Zukunft verhalten und welche politischen Entscheidungen getroffen werden. Alle Feinheiten des Klimas zu simulieren, ist unmöglich, aber dennoch sind die Klimamodelle heute in der Lage, langfristige Klimatrends zuverlässig zu berechnen.