Hamburg. Mithilfe von Klimarechenmodellen wird bestimmt, was passiert, wenn der CO-Gehalt in der Atmosphäre steigt.

Wie ändern sich die Temperaturen, wenn die Menschen weiter Treibhausgase emittieren? Das ist die Schlüsselfrage in der Klimaforschung. In der Wissenschaft nutzen wir Klimarechenmodelle, um herauszufinden, was passiert, wenn der CO-Gehalt in der Atmosphäre steigt. Die Modelle müssen möglichst genau abbilden wie das Klimasystem funktioniert und gleichzeitig müssen wir abschätzen, wie viel Treibhausgase die Atmosphäre in Zukunft enthalten wird.

Doch Modelle können die Realität nicht bis ins kleinste Detail kennen, noch weniger kann die Zukunft exakt vorhergesagt werden. Das bedeutet, dass die Zukunftsprojektionen der Modelle naturgemäß immer eine Spannbreite – genannt Unsicherheit – abbilden und kein genaues Ergebnis. Am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg arbeite ich mit meinen Kolleginnen und Kollegen daran, diese Unsicherheiten weiter zu reduzieren. Dafür sind wir bis in die 1960er Jahre zurückgegangen, zu den Anfängen der Klimamodellierung.

Erstes Klimamodell war einfach

Eines der ersten Klimamodelle war im Vergleich zu den heutigen Modellen sehr einfach programmiert. Es rechnete ausschließlich mit den auf der Erde eintreffenden Sonnenstrahlen und mit der Wärme, die von der Erde zurück ins All strahlt. Wie viel von dieser ausgehenden Wärmestrahlung von den Treibhausgasen der Atmosphäre zurückgehalten wird, bestimmt, wie stark sich die Erde erwärmt.

Das Modell berücksichtigte weiterhin, wie warm es in unterschiedlichen Höhen ist und wie viel Wasserdampf die Luft enthält – denn Wasserdampf ist ebenfalls ein wirksames Treibhausgas. Ist es vielleicht mit verantwortlich für die Unsicherheiten aktueller Klimaprojektionen? Um dies herauszufinden, haben wir das historische Klimamodell am Computer nachgebaut. Denn wie der Wasserdampf den Treibhauseffekt beeinflusst, können wir in dem einfachen Modell ähnlich abbilden wie in den heutigen Klimamodellen, die sehr komplex sind.

Obere Atmosphäre enthält mehr Wasserdampf als angenommen

Was die Modelle damals jedoch noch nicht zeigten und was unsere Ergebnisse nun eindrucksvoll belegen: Wie sich der Wasserdampf in Höhen zwischen fünf und zehn Kilometern verteilt, spielt eine entscheidende Rolle. Sein vertikales Profil ist von zentraler Bedeutung für das Klima.

Messungen zeigen heute, dass die obere Atmosphäre viel mehr Wasserdampf enthält als in den 1960er Jahren angenommen. Das beeinflusst den Treibhauseffekt und somit auch den Temperaturanstieg. Durch höhere Temperaturen verdunstet wiederum mehr Wasser aus den Ozeanen, das dann als Dampf in die Höhe steigt – ein sich selbst verstärkender Prozess.

Nächste große Herausforderung sind Wolken

Unsere Analysen zeigen, dass diese Rückkopplung umso stärker ist, je mehr Wasserdampf die obere Atmosphäre enthält. Mit Hilfe unseres Modells können wir also untersuchen, welche Prozesse einen entscheidenden Einfluss auf das Klima haben und in komplexeren Klimamodellen unbedingt berücksichtigt werden sollten.

Im Moment gelingt das für Wasserdampf sehr gut. Parallel prüft meine Kollegin mit Hilfe unseres Modells den Einfluss von Ozon. Unsere nächste große Herausforderung sind Wolken, denn sie regulieren das Klima ganz entscheidend. Weitere wichtige Forschungsdaten wird uns eine neue Satellitenmission der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA liefern. Deren Daten werden zeigen, wie genau der Wasserdampf den vom Menschen verursachten Treibhauseffekt verstärkt. Damit kann die Wissenschaft den Klimawandel noch zuverlässiger bewerten und so politische Entscheidungen vereinfachen.

Lukas Kluft ist Meteorologe am CEN und schreibt seine Doktorarbeit an der Internationalen Max Planck Research School für Erdsystemmodellierung.