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News: Im Großen und im Kleinen

Globale Klimamodelle versuchen, das komplexe Zusammenspiel von Atmosphäre, Ozeanen und Festland weltweit abzubilden, liefern aber auf regionaler Ebene häufig nur unzureichende Informationen. Deswegen wird versucht, sie mit regionalen Modellen zu koppeln.
"Die physikalischen Gegebenheiten werden in regionalen Modellen viel besser berücksichtigt als in globalen Klimamodellen", sagt Dr. Gregory S. Jenkins, Assistenzprofessor für Meteorologie an der Penn State University. "Regionale Klimamodelle könnten nützlichere Informationen für die Nutzer liefern."

Globale Klimamodelle verwenden zum Beispiel ungefähr 30 Datenpunkte für die USA, während regionale Modelle ungefähr 800 Datenpunkte nutzen. Regionale Modelle berücksichtigen das Relief stärker als globale Modelle. Obwohl Berge für Klima und Wetter wichtig sind, werden in globalen Modellen sogar Einflüsse solcher Gebirge wie der Rocky Mountains unbedeutend. Bei globalen Modellen ist es auch schwierig, Küstenlinien zu definieren: Regionale Modelle können die Küstengebiete jedoch detailgenau auflösen. "Im Nordosten entstehen gewaltige Stürme entlang der Atlantikküste; dies ist sowohl für die Wettervorhersage als auch für Klimastudien wichtig", sagt Jenkins.

Die Forscher der Penn State University verwenden ein globales Klimamodell, genannt Genesis, das vom National Center for Atmospheric Research entwickelt wurde, sowie ein von ihnen aufgestelltes regionales Klimamodell. Es wurde untersucht, wie sich die Ergebnisse unterscheiden, je nachdem ob ein globales oder regionales Modell zugrundegelegt wurde.

"Wir wollten sehen, welche Veränderungen wir durch die Annahme zunehmender Treibhausgase in Variablen wie Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit und Schneehöhe erhalten", sagte Jenkins am 17. Februar 1998 auf dem Jahrestreffen der American Association for the Advancement of Science. "Wir wollten auch verstehen, wie die Variablen in beiden Modellen sich innerhalb verschiedener Regionen in den USA unterscheiden."

Das von Jenkins benutzte regionale Modell wurde ursprünglich für Wettervorhersagen über kurze Zeiträume entwickelt. Später wurde es jedoch so modifiziert, daß das Klima langfristig untersucht werden kann. Für die Simulation des Klimas über Jahreszeiten und Jahre hinweg werden die Vegetation und lokale Variabilitäten in die Rechnung einbezogen.

"Bei einigen Variablen, wie der Temperatur, scheinen wir mit beiden Modellen dieselben Ergebnisse zu erzielen", sagt Jenkins. "Aber zum Beispiel die Bodenfeuchtigkeit erhöht sich im globalen Modell, jedoch nicht im regionalen Modell."

Die Wissenschaftler rechneten globale und regionale Modelle auf der Grundlage von Kohlendioxidkonzentrationen, die zweimal so hoch sind wie heute. Insgesamt lieferten die globalen Modelle durchweg hohe Niederschläge. Allerdings ist das regionalen Modell für die Vorhersage von Regenmengen, die der tatsächlichen Beobachtung ähnlich sind, besser geeignet. Die regionale Klimasimulation mit der zweimal höheren Kohlendioxidkonzentration für den Nordosten der USA lieferte wärmere Temperaturen und führte zu mehr Regen und weniger Schneefall im Winter. Wenig Schnee bedeutet eine geringe Schneedecke für die Frühjahrsschmelze. "Diese Art von Ergebnis ist wichtig für den Wasserhaushalt", sagt Jenkins.

Die regionalen Modelle sind auf die Daten der globalen Modelle angewiesen. Probleme entstehen, wenn interpoliert wird, um zum Beispiel die Anzahl der Datenpunkte um das dreißigfache zu erhöhen.

Eine Methode, wie die Forscher die Modelle testeten, war der Versuch, extreme Ereignisse unserer Zeit, wie z.B. El Niño oder die Dürre von 1988 zu simulieren. Die Modelle zeigten sowohl bei der Vorhersage von Niederschlägen als auch bei Dürren Schwierigkeiten. Beide Berechnungen simulierten zum Beispiel die Sommerdürre im Jahre 1988 in den Zentralstaaten der USA nicht korrekt.

"Gekoppelte globale und regionale Modelle können noch nicht die besten Ergebnisse liefern, weil gekoppelte Atmosphäre-Ozean-Modelle, welche die Randbedingungen für das regionale Klimamodell liefern, sich noch im Frühstadium ihrer Entwicklung befinden," sagt Jenkins. "Letztendlich werden uns die gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modelle aufzeigen, wie extreme Ereignisse wie El Niño die Auswirkungen der globalen Erwärmung mäßigen oder verschlimmern können. Dies wird unser Verständnis ändern sowie auch die Ergebnisse, die mit regionalen Klimamodellen erzielt werden."

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