Wie kann man Klimaveränderungen vorhersagen?

Wieso kann man Klima vorhersagen, wenn schon die Wettervorhersagen nach einigen Tagen ungenau werden?

Die Wettervorhersage ist ein Anfangswertproblem. Man startet mit einem beobachteten Zustand und rechnet bei Nutzung physikalischer Gesetze hoch, wie sich die Luftströmung über die nächsten Tage entwickelt. Mit dieser Methode sind zur Zeit nutzbare Vorhersagen von bis zu 8 Tagen (in Ausnahmefällen bis zu 4 Wochen) möglich.

Bei der Klimavorhersage geht man anders vor, denn hier handelt es sich um ein Randwertproblem, bei dem die Zirkulation in der Atmosphäre und im Ozean nicht von dem Anfangszustand abhängt, sondern von den Randbedingungen wie Sonneneinstrahlung und Zusammensetzung der Erdatmosphäre (Treibhausgase). Man kann bei einer Klimavorhersage deshalb nicht einzelne Tage vorhersagen (z. B. ist die Frage nach der Temperatur am 23.12.2015 in Hamburg sinnlos), sondern nur mittlere Zustände (z. B. die mittlere Temperatur für Januar in dem Zeitraum 2010 bis 2020) sowie die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Abweichungen davon.

Für die Wettervorhersage und für die Klimasimulationen werden dieselben Modelle der Atmosphäre eingesetzt, die aber dem jeweiligen Anwendungszweck angepasst wurden. Für die Klimamodellierungen müssen darüber hinaus noch dreidimensionale Modelle des Weltozeans an die Atmosphärenmodelle gekoppelt werden.

Die Klimamodelle werden an dem heutigen Klima und an dem Klima der Vergangenheit geeicht. Man schreibt für das heutige (bzw. historische) Klima die entsprechenden Randwerte wie Sonneneinstrahlung und Konzentration der Treibhausgase vor, berechnet das Klima und vergleicht dieses Klima mit den Beobachtungen. Die Tatsache, dass die Klimamodelle das heutige (bzw. historische Klima) hinreichend genau simulieren, gibt einem Vertrauen, dass man sie auch zur Berechnung des zukünftigen Klimas einsetzen kann.

Zur Berechnung des zukünftigen Klimas macht man Annahmen darüber, wie sich die Weltbevölkerungszahl, der Energieverbrauch sowie die Nutzung verschiedener Energieträger in der Zukunft entwickeln werden. Aufgrund dieser Annahmen kann man für unterschiedliches Verhalten der Menschheit verschiedene Belastungen der Erdatmosphäre durch Treibhausgase berechnen, die wiederum als Eingangsparameter für die Klimamodelle dienen. Das am häufigsten verwendete Szenarium heisst "business as usual" Szenarium ("wir machen so weiter wie bisher"), weil es von einem Anstieg der Konzentration langlebiger Treibhausgase in der Atmosphäre von ca. 1% pro Jahr ausgeht, wie in den vergangenen Jahrzehnten gemessen.

Hinweis: Die häufig zitierten Zahlen für die zukünftige Klimaänderung sind wenig aussagekräftig, wenn nicht gleichzeitig erwähnt wird, von welchem Zukunftsszenarium man ausgeht.