Darum liegen Klimamodelle manchmal daneben

Das Klima auf der Erde ist ein komplexes chaotisches System. Zwar kennen Wissenschaftler:innen die Grundgesetze der Physik. Aber mit den Formeln der Grundgesetze allein lassen sich keine Vorhersagen über das Weltklima machen. Damit die Computer sinnvolle Ergebnisse ausspucken, müssen die Forschende viele Formeln umformulieren und zu komplizierten Modellen kombinieren. Doch hier beginnen die Probleme:

Die Modelle müssen vereinfacht werden

Damit selbst die besten Supercomputer unserer Zeit die Modelle berechnen können, müssen diese vereinfacht werden. Denn die derzeitigen Computer können hyperkomplexe Modelle noch gar nicht berechnen – zumindest nicht in einer akzeptablen Zeit. Selbst mehr als eine Billiarde Rechenschritte pro Sekunde reichen noch nicht aus, um den chaotischen Komplex Klima zu simulieren.

Einziger Ausweg:  Die Forschenden müssen die Modelle vereinfachen oder aber die Auflösung verringern. So entstehen künstliche Gleichungen, mit denen sie dennoch die richtigen Ergebnisse erzeugen wollen. Klingt paradox, funktioniert aber erstaunlich gut. Anstatt jedes Molekül über den gesamten Zeitraum zu berechnen, arbeitet der Computer mit größeren Gebieten und mit festen Zeitintervallen. Dieses gröbere Gittermodell erlaubt es den Supercomputern, Klimaszenarien zu liefern.

Nicht alle Prozesse sind richtig verstanden

Erschwerend hinzu kommt, dass nicht alle Faktoren, die sich auf das Klima auswirken, ausreichend verstanden sind. So zum Beispiel der Einfluss der Wolkendecke. Grundsätzlich verantworten die Wolken beziehungsweise der Wasserstoffdampf in unserer Atmosphäre zum Großteil den natürlichen Treibhauseffekt. Rund zwei Drittel dieser Wirkung gehen ausschließlich auf die Wolken zurück. Sie reflektieren einen Teil der Strahlung, die von der Sonne kommt. Gleichzeitig führen sie dazu, dass die Wärmestrahlung der Erde nicht sofort ins Weltall entweicht.

Inwiefern sich diese Balance von Abkühl- und Aufheizeffekt in Zukunft mit steigenden Temperaturen verändert, weiß man noch nicht. Genauso schlecht kann man die Wolkenbildung und -verteilung in kleineren Maßstäben für globale Simulationen berechnen. Dabei ist jedoch enorm wichtig, wie sich die Wolken verteilen: So könnten die Wolken entweder zu einem Turm aufragen oder aber verteilt eine Art Teppich über der Erde bilden.

Insgesamt arbeiten die Wissenschaftler:innen des Weltklimarates mit mehr als 20 Modellen. Jedes fokussiert und vernachlässigt dabei einzelne Prozesse des Klimas. Erst im Zusammenspiel ergeben sich sinnvolle Aussagen für die Zukunft. Gleichzeitig entsteht so aber auch die große Spannbreite der Temperaturanstiege. Da alles mit fast allem irgendwie zusammenhängt, führt das unweigerlich zu den Unsicherheiten, mit denen Wissenschaftler:innen und Politiker:innen heute umgehen müssen.