Veröffentlicht am von Michael Kühl

Was ist eigentlich eine Klimaprojektion?

Immer wieder hören wir, wie sich die globale Durchschnittstemperatur bis zum Ende des Jahrhunderts möglicherweise entwickeln wird, also welche Temperatur sich bis Ende des Jahrhunderts vermutlich eingestellt haben wird. Wir sprechen dann von einer Klimaprojektion. Dabei wird auch berücksichtigt, welche Maßnahmen die Menschheit ergreifen könnte, um das zu Klima zu stabilisieren. Wie entstehen solche Klimaprojektionen? Und warum unterscheiden sie sich? 

Schauen wir uns zunächst einmal an, was das Ergebnis einer solchen Klimaprojektion ist. In der Abbildung erkennen wir, dass sich bei allen gezeigten Annahmen die globale Durchschnittstemperatur bis Ende des Jahrhunderts erhöhen wird. Allerdings geben die Projektionen verschiedene Werte für die globale Durchschnittstemperatur an. Warum ist das so? Um Klimaprojektionen zu verstehen, müssen wir verschiedene Begriffe unterscheiden und verstehen. Dabei handelt es sich um das Klimasystem, die Klimamodelle und verschiedene zukünftige Szenarien. Alles zusammen führt dann zu Klimaprojektionen. Schauen wir uns das Ergebnis mal an und besprechen dann die zugehörigen Begriffe.

Gezeigt sind zwei Projektionen der zukünftigen Klimaentwicklung, die auf zwei unterschiedlichen Szenarien beruhen. In rot dargestellt sind Projektionen basierend auf 39 Klimamodellen und dem sogenannten RCP8.5 Szenario. Angegeben ist die erwartete globale, durchschnittliche Oberflächentemperatur als rote Linie. Die transparente rote Fläche gibt die Spannbreite der Vorhersagen an, die dicke rote Linie den Mittelwert der Vorhersagen. In blau dargestellt sind Projektionen, die auf 32 Klimamodellen und dem RPC2.6 Szenario basieren. In schwarz dargestellt ist die historische Entwicklung vor 2005 und der Bereich der Ergebnisse aus 42 Klimamodellen. Man sieht ein gute Übereinstimmung bei dieser in die Vergangenheit gerichteten Betrachtung aus dem Jahr 2005 zurück. Bezugspunkt (auf der Y-Achse die 0) ist die Durchschnittstemperatur des Zeitraums 1986 bis 2005. Dieser Wert lag bereits um 0,6 Grad über dem Wert der vor-industriellen Zeit von 1850-1900. D.h., das 2 Grad Ziel ist in dieser Darstellung bei 1,4 Grad erreicht; das 1,5 Grad Ziel entsprechend bei 0,9 Grad.  Der Korridor des Pariser Klimaschutzabkommens ist entsprechend in blau markiert. (Eigene Zeichnung nach IPCC, Climate Change 2013, The Pysical Science Basics).

Beginnen wir bei unserer Besprechung mit dem Begriff Szenarien. Darunter verstehen wir verschiedene Wege und Möglichkeiten, welche die Menschheit zukünftig einschlagen kann und die letztlich zu unterschiedlichen zeitlichen Verläufen der Treibhausgasmenge in der Atmosphäre führen. Auch die Nutzung des Landes und die Nutzungsänderungen werden dabei berücksichtigt. In den letzten Berichten des Weltklimarates (IPCC) sind diese Szenarien mit dem Begriff RCP abgekürzt. Dabei steht RCP für representative concentration pathway. 

Diese Szenarien werden in verschiedene Klimamodelle eingespeist. Diese versuchen die Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems mit Hilfe von mathematischen Gleichungen zu beschreiben. Sie basieren auf physikalischen und chemischen Grundgesetzen, wie z.B. den Gesetzen zur Erhaltung von Energie, Materie oder Impuls. Es gibt verschiedene Klimamodelle, da an manchen Stellen bestimmte Parameter unterschiedlich abgebildet werden. Warum das so ist, um welche physikalischen und chemischen Gesetze es sich genau dabei handelt und welche Arten von Klimamodellen es gibt, besprechen wir in einem der nächsten Beiträge. 

Unterschiedliche Klimamodelle geben also bei ein und dem gleichen zugrunde gelegten Szenario unterschiedliche Ergebnisse. In der Abbildung ist dies durch die schattierten Flächen hervorgehoben. Unterschiedliche Klimamodelle führen also zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen. Genau das ist eine der Ursachen dafür, warum Klimawissenschaftler von Unsicherheiten hinsichtlich ihrer Modelle und Projektionen sprechen.

In den Klimamodellen wird das Klimasystem mathematisch abgebildet. Aber was genau ist damit gemeint? Hier müssen wir uns klar darüber werden, welche Teile der Erde Einfluss auf die Entwicklung des Klimas nehmen können. 

An erster Stelle ist die Atmosphäre zu nennen. Hier „findet unser Wetter statt“. Genau genommen beschreibt das Wetter den physikalischen Zustand der Atmosphäre an einem gegebenen Ort. So gibt die Temperatur an, wie warm es am jeweiligen Ort ist. Die Windgeschwindigkeit und -richtung beschreibt die aktuellen örtlichen Strömungsverhältnisse der Luft. Informationen über Niederschläge und Sonneneinstrahlung ergänzen diese Beschreibung. Wenn wir über das Klima sprechen, meinen wir damit einen langfristigen Mittelwert dieser Parameter. Häufig erfolgt die Bildung des Durchschnittswertes über einen Zeitraum von 30 Jahren. 

Auch die Zusammensetzung der Atmosphäre ist wichtig. Sauerstoff und Sticksoff machen zusammen 99% unserer Luft aus, Argon knapp 1%. Für das Klima und dessen Entwicklung sind insbesondere die Spurengase wie CO2, Wasser, Methan, Lachgas und Co und den damit verbundenen Treibhauseffekt (sowohl den natürlichen als auch den Mensch-gemachten) relevant.

Und an dieser Stelle kommen die anderen Komponenten ins Spiel. Das Wasser in der Atmosphäre entsteht durch Verdunstung aus den Ozeanen, Seen und Flüssen. CO2 wird von den Ozeanen aufgenommen und abgegeben. Zusammen sprechen wir bei Ozeanen und Süßwassergewässern von der Hydrosphäre. CO2 wird aber auch von Pflanzen aufgenommen, verarbeitet und von Pflanzenresten bei der Zersetzung wieder freigesetzt. Tiere wie beispielsweise Rinder sind Quellen von Methan. Die Summe aller Lebewesen auf der Erde, Pflanzen wie Tiere, bezeichnen wir als Biosphäre. Und aus dem Gesagten wird deutlich, dass auch diese für die Entwicklung des Klimas relevant ist. 

Aber auch Gestein kann durch Verwitterung CO2 aus der Luft aufnehmen und Böden können CO2 speichern. Wir sprechen von der Geosphäre, die sich in Lithosphäre (Gestein) und Pedospäre (Boden) aufteilen lässt. Auch die Bedeckung der Erde mit Schnee und Eis kann auf das Klima Einfluss nehmen. So reflektieren Eis und Schneeflächen, die zusammen als Kryosphäre bezeichnet werden, die eingetragenen Energie der Sonne wieder zurück ins All. Die Summe dieser einzelnen Bereiche oder Komponenten und deren Wechselwirkung wird als Klimasystem bezeichnet. 

Zwischen all diesen einzelnen Teilbereichen erfolgt ein Austausch von Materie und Energie. So gibt es beispielsweise einen Kohlenstoffkreislauf, der beispielsweise den Austausch von CO2 zwischen Atmosphäre, Biosphäre, Geosphäre und Hydrosphäre beschreibt. So haben die verschiedenen Systeme Einfluss auf die Menge an CO2 in der Atmosphäre. Gleiches gilt für Wasser, das zwischen den Systemen ausgetauscht wird. Aber nicht nur Materie kann ausgetauscht werden, auch Energie. So führt eine Erwärmung der Atmosphäre auch zu einer Erwärmung der Ozeane. Zwischen den Bereichen gibt es also viele Wechselwirkungen. Wir sprechen dabei von internen Wechselwirkungen, da sie zwischen den Teilbereichen des Klimasystems erfolgen. 

Das Klimasystem wird darüber hinaus durch externe Einflüsse gesteuert. Diese werden von außen in das Klimasystem eingebracht. Damit ist zunächst der Energieeintrag durch die Sonne gemeint. Schließlich ist es die Sonne, welche die Erdoberfläche und damit auch die Luft erwärmt, was Luftströmung auslöst. Auch das Wasser am Äquator wird beispielsweise durch die Sonne erwärmt und dadurch Meeresströmungen auslöst. Die Sonne ist auch für die Photosynthese der Pflanzen essentiell und damit für die Bindung von CO2 in Pflanzenmaterial. 

Und ein weiterer wichtiger externer Faktor des Klimasystems sind wir selbst, die Menschen, die durch unseren Lebensstil die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern. Durch unser Verhalten beeinflussen wir, welches zukünftige Szenario eintritt und welche Klimaprognose wahr wird.