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Klimamodell

Ein Klimamodell ist ein numerisches oder statistisches Modell, das eine dreidimensionale Repräsentation der Atmosphäre enthält und die in ihr ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse beschreibt. Es berücksichtigt Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Erdoberfläche.

Ein globales Klimamodell (General Circulation Model, kurz GCM) basiert i. d. R. auf einem Atmosphärenmodell, wie es auch bei der numerischen Wettervorhersage zum Einsatz kommt. Zur Klimamodellierung wird dieses erweitert, da die Atmosphäre nicht als isoliertes System betrachtet werden kann. Üblicherweise wird ein Ozeanmodell angekoppelt – man erhält dann ein sogenanntes Atmosphere-Ocean GCM, kurz AOGCM – und zudem ein Schnee- und Eismodell für die Kryosphäre sowie ein Vegetationsmodell für die Biosphäre. Es gibt eine Entwicklung in Richtung noch komplexerer Modelle mit interaktiver Chemie und Biologie.

Um die räumliche Auflösung der Ergebnisse zu erhöhen, stehen mit dynamischen und statistischen regionalen Klimamodellen prinzipiell zwei Ansätze zur Verfügung. Regionale dynamische Klimamodelle repräsentieren – wie globale Klimamodelle – die Dynamik der physikalischen und chemischen Prozesse in der Atmosphäre. Da sie nur einen regionalen Ausschnitt der Atmosphäre modellieren, ist ihre horizontale Auflösung – bei gleichbleibendem Rechenaufwand – größer als bei globalen Klimamodellen und liegt typischerweise bei unter 50 km bis zu nur wenigen Kilometern. Wie auch bei globalen Klimamodellen müssen Prozesse, die auf feinerer Skala als die räumliche Auflösung stattfinden, parametrisiert werden. Im Gegensatz zu dynamischen Klimamodellen beruhen regionale statistische Klimamodelle auf der Ermittlung skalenübergreifender Beziehungen zwischen Klimaparametern, d. h. Beziehungen zwischen großskaligen Klimavariablen (z. B. globale Mitteltemperatur) und lokalen/regionalen Klimavariablen (z. B. mittlere Januartemperatur an einem bestimmten Ort). Diese Beziehungen werden aus langjährigen Messdatenreihen abgeleitet und sind i. d. R. für jede Region unterschiedlich. Regionale Klimamodelle benötigen eine Vorgabe der globalen Klimaänderung, etwa aus den Ergebnissen globaler Klimamodelle, z. B. müssen regionale dynamische Klimamodelle in ozeanische und laterale atmosphärische Randbedingungen an den Modellrändern eingebettet werden.

In Deutschland werden derzeit vier regionale Klimamodelle zur Erstellung regionaler Klimaszenarien eingesetzt: Die beiden dynamischen Modelle REMO (Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg) und CCLM (Deutscher Wetterdienst und etwa 25 weitere Institutionen) sowie die beiden statistischen Modelle STAR (Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung) und WettReg (Climate and Environment Consulting Potsdam GmbH) (Walkenhorst, Stock 2009).

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