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Beweis für vom Menschen verursachten Klimawandel

Die Zuverlässigkeit der Ergebnisse von Klimamodellen ist eine viel diskutierte Frage. Während zeitliche Änderung und räumliche Verteilung der globalen Mitteltemperatur gut getroffen werden, herrscht in anderen Bereichen noch Unsicherheit und Forschungsbedarf. Viel hängt also von der richtigen Interpretation der Modellergebnisse ab.

Klimamodelle erlauben vergangene und zukünftige Änderungen des Klimasystems zu untersuchen. Die Zuverlässigkeit dieser Simulationen ist dabei eine wichtige Komponente für die korrekte Interpretation. Um dies zu testen, werden laufend Evaluierungsanalysen durchgeführt. In diesen Studien wird untersucht, inwiefern ein Klimamodell das beobachtete Klima in der Vergangenheit wiedergeben kann. Aufgrund so genannter Sensitivitätsstudien wird angenommen, dass moderne globale Klimamodelle in der Lage sind, das Mittel, den Trend und die Variabilität der beobachteten globalen Temperatur wiederzugeben. Dabei zeigt sich auch, dass neuere Modellgenerationen immer besser werden.

Der Verlauf der globalen Temperatur...

Die Sensitivität eines Modells beschreibt die Reaktion des Modells auf veränderte externe Antriebe. In Abbildung 1 wird die beobachtete globale Mitteltemperatur (schwarze Linie) einer Vielzahl an Modellsimulationen, auch Ensemble genannt, gegenübergestellt. Dabei zeigt sich, dass der Erwärmungstrend der letzten 50 Jahre nicht allein durch natürliche Klimaantriebe (grün) erklärt werden kann, weil der derart simulierte Temperaturverlauf (grün punktierte Linie) keinen Anstieg zeigt. Erst wenn der anthropogene Klimaantrieb mitberücksichtigt wird (Treibhausgase und Aerosole kombiniert, rot und blau respektive), stimmt die simulierte Temperatur der Erde (graue, punktierte Linie) mit den Beobachtungsdaten weitgehend überein. Auch Klimamodelle mit deutlich länger zurückreichenden Modellläufen sind in dieser Hinsicht erfolgreich, jedoch durch die notwendigen Computerressourcen in ihrer Anzahl limitiert. Als Vergleich müssen dabei allerdings indirekte Klimarekonstruktionen herangezogen werden.

Abb. 1: Verlauf der globalen Mitteltemperatur (als Abweichung zum Mittelwert des Zeitraums 1850–1900) aus Beobachtungsdaten (schwarz) im Vergleich zu einem Ensemble von rein natürlich angetriebenen Modellsimulationen (grün), einem von nur menschen-verursachten Treibhausgasen angetriebenen (rot), einem von nur menschen-verursachten Aerosolen angetriebenen (blau), sowie zu einem Ensemble von Modellsimulation in welchem alle Antriebe berücksichtigt wurden (grau) (Eyring u.a. 2021, FAQ 3.1, Fig. 1).

... und deren Verteilung

Daneben simulieren globale Klimamodelle auch die großräumigen Muster der globalen Temperaturverteilung relativ gut, allerdings mit regionalen Unterschieden in der Güte der Simulationen. Vergleicht man etwa die bodennahe Temperatur als Multi-Modell-Mittelwert über globale Klimamodelle der neuesten Generation (CMIP6) mit der Klimatologie der globalen ERA5 Reanalysen des Europen Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), so werden regional große Unterschiede in der Modellgüte sichtbar. In Abbildung 2 ist hierzu der mittlere Simulationsfehler (RMSE) zu sehen. Bereiche in hohen Breiten wie Alaska und Sibirien, Hochgebirge wie der Himalaya und die Anden, aber auch die Antarktis weisen eine größere Abweichung auf, wogegen Gebiete wie Europa, Australien und Afrika einen geringeren Fehler aufweisen.

Abb. 2: RMSE der 2m-Temperatur des Multi-Modell-Mittelwerts von CMIP6 verglichen mit der Klimatologie der ERA5 Reanalysen für einen Zeitraum von 1995–2014 (Eyring u.a. 2021, Fig. 3.3, (c)).

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