Unsicherheiten

Das Themengebiet der Klimaprognosen ist ebenso wie die Wettervorhersage mit gewissen Unsicherheiten behaftet. Beansprucht die Wettervorhersage einen bestimmten kurzfristigen Zustand der unteren Atmosphäre (Troposphäre) an einem bestimmten Ort der Erdoberfläche zu bestimmen bzw. vorherzusagen, so unterscheidet sich eine Klimaprognose hiervon gravierend. So zielen diese auf statistische Durchschnittswerte über größere Zeitabschnitte und flächenhaft ausgedehntere Gebiete bzw. Räume ab.

Die verschiedenen Unsicherheiten bei Klimaprognosen lassen sich grob in folgende drei Gruppen einteilen:

1. Unsicherheiten, die die externen Einflussfaktoren auf das Klima betreffen,
2. Unsicherheiten, die aus der begrenzten Kenntnis über das Klimasystem resultieren und
3. Unsicherheiten, die in den Defiziten von Klimamodellen begründet sind.

Externe Einflussfaktoren

Da niemand die Entwicklung der Weltgesellschaft über die nächsten Jahrzehnte geschweige Jahrhunderte bestimmen kann oder Einflussfaktoren wie die Bevölkerungsentwicklung, Veränderungen des Konsum- oder Nutzungsverhaltens von Energiequellen bzw. dessen Verbrauch, Fortschritte bei technologischen Entwicklungen und weiterer Einflussgrößen wie Kriege, vorhersagen vermag, entstehen verschiedene Annahmevarianten. Die Abbildung der Unsicherheiten erfolgt anhand verschiedener Emissionsszenarien für Treibhausgase. Klimaprojektionen sind folglich immer Wenn-Dann-Aussagen und haben nicht den Anspruch, "eine" Zukunft zu zeigen, sondern unter bestimmten Grundannahmen wahrscheinliche zukünftige Entwicklungen zu projizieren.

Kenntnis über das Klimasystem

Die Kenntnisse über das Klimasystem und seiner Dynamik sind trotz rasch voranschreitender Forschung, wie bei vielen nicht trivialen Themen, noch immer begrenzt. Quantitativ ungewiss ist so beispielsweise, wie sich ein wärmeres Klima zusammen mit einem höheren Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre auf die Vegetation auswirken und deren Veränderung wiederum das Klima und den CO2-Gehalt beeinflussen wird. Viele Aspekte der Atmosphärenchemie und -physik mit ihrem Einfluss auf die Wolkenbildung und deren Einfluss auf den atmosphärischen Strahlenhaushalt sind ebenfalls noch nicht hinreichend erfasst und erforscht worden. Nach jüngsten Erkenntnissen führt die Vernachlässigung von Subsystemen wie Kryosphäre und Biosphäre zu einer Reduktion der regionalen Klimavariabilität. Außerdem bleiben mögliche Wechselwirkungen mit diesen Systemen unberücksichtigt.

Klimamodelle

Die Klimaforschung ist bei ihrer Berechnung des zukünftigen Klimas auf Computermodellsimulationen angewiesen. Diese stellen eine Art Ersatzrealität für das hochkomplexe Klimasystem dar. Externe Faktoren sowie die interne Dynamik und insbesondere den Einfluss des Menschen gilt es zur berücksichtigen und darzustellen.

Oft wird ein Ensemble von Klimamodellen, also viele Modellsimulationen mit verschiedenen Klimamodellen, zur Quantifizierung und Verringerung der Unsicherheiten benutzt. Ein- und Ausgangsdaten der Module sind miteinander gekoppelt, damit Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen den Teilen des Klimasystems abgeschätzt werden können. Trotz der zunehmenden Komplexität der globalen Klimamodelle können zahlreiche Prozesse noch nicht explizit modelliert werden. Gründe sind die fehlenden räumlich-zeitlichen Auflösungen und die noch unzureichend erforschten Prozesse und Wechselwirkungen (z.B. Wechselwirkung von Feuchtigkeit, Aerosolen und Wolken). Zum Teil werden diese Prozesse parametrisiert (d.h. physikalische Zusammenhänge unbekannter zu bekannten Größen festgeschrieben), manche Prozesse bleiben aber derzeit auch gänzlich unberücksichtigt. (Vergleich Kenntnisse über das Klimasystem)

Skalierungsaspekte: Die Erstellung bzw. Berechnung Regionaler Modelle aus Globalen Modellen birgt verschiedene Herausforderungen und Kritikpunkte. Zu nennen sind hier u.a.:

• Starke Vereinfachung und grobe Diskretisierung
• Subjektivität, abhängig von Annahmen über Zukunft
• Nichtlinearität und zeitliche Veränderung der vielen komplexen Prozesse, Wechselwirkungen, Rückkopplungen
• Sensibilität bzgl. Rand und Anfangsbedingungen.

Aus diesem Grund sinkt die Wahrscheinlichkeit der Aussagen mit zunehmenden Grad der Abstraktion. Dies sollte bei der Weiterverarbeitung berechneter regionaler Modelle, die beispielsweise zur Validierung bzw. als Eingangsparameter für Stadtmodelle oder weiterer lokaler Untersuchungen verwendet werden, stets Beachtung finden!

Zusammenfassung: Die Kombination aller zuvor beschriebenen Unsicherheiten führt zu einer sehr großen Anzahl von möglichen Zukunftsszenarien, welche eine große Spanne an möglichen Klimazuständen zum Ende des 21. Jahrhunderts und darüber hinaus ergeben können. Die Unsicherheiten des menschlichen Verhaltens sind dabei ebenso wichtig wie die Unsicherheiten des Klimasystems selbst. Nach aktuellem Stand der wissenschaftlichen Forschungen tragen sie zur resultierenden Unsicherheitsspanne etwa gleich viel bei.

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