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Das Klima des nächsten Jahrzehnts vorhersagen

Die Vorhersage des Klimas für die kommenden Jahre – auf einer mehrjährigen bis dekadischen Zeitskala – ist ein florierendes Gebiet der wissenschaftlichen Forschung, und diese Art der „kurzfristigen“ Klimavorhersage wurde vom Weltklimaforschungsprogramm (WCRP) als eines seiner ausgewählt "Große Herausforderungen". Wir sprachen mit Adam Scaife, Head of Long-Range Prediction beim UK Met Office und Co-Vorsitzender der Scientific Steering Group für die WCRP Grand Challenge, um mehr zu erfahren.

Dieser Artikel ist Teil des ISC's Transformieren21 Die Reihe enthält Ressourcen aus unserem Netzwerk aus Wissenschaftlern und Entscheidungsträgern, die dabei helfen, die dringenden Veränderungen zu beleuchten, die zur Erreichung der Klima- und Biodiversitätsziele erforderlich sind.

Regelmäßige Leser der Blogs auf diesen Seiten sind wahrscheinlich mit Langzeitprognosen für den Klimawandel, wie sie von der verwendet werden, bestens vertraut Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC), um mögliche Szenarien für die globale Erwärmung zu untersuchen, mit schlagzeilenträchtigen Temperaturvorhersagen für mehrere Generationen in die Zukunft.

Und ich wette, jeder Leser hat schon mal ein Wetterbulletin gesehen oder gehört, das Vorhersagen für die nächsten Tage macht.

Aber was ist mit der näheren Zukunft – dem Zeitraum zwischen einer typischen fünftägigen Wettervorhersage oder Vorhersage für die kommenden Monate und Klimaprojektionen für das Ende des Jahrhunderts? Von Landwirten, die entscheiden, welche Pflanzensorte sie anpflanzen, um in den kommenden Jahren den bestmöglichen Ertrag zu erzielen, über politische Entscheidungsträger, die beurteilen, ob das öffentliche Gesundheitssystem für eine Hitzewelle in den nächsten drei Jahren gerüstet ist, bis hin zu Versicherern, die ihre Versicherungskosten schätzen In der nächsten Hurrikansaison hängen viele der Entscheidungen, mit denen Politiker und Unternehmen routinemäßig konfrontiert sind, von kurzfristigen Klimainformationen ab.

In der Lage zu sein, Informationen auf einer mehrjährigen bis dekadischen Zeitskala bereitzustellen, ist für Klimadienste „absolut entscheidend“, sagt Adam Scaife, Leiter der Langstreckenvorhersage beim UK Met Office und Co-Vorsitzender der wissenschaftlichen Lenkungsgruppe für die Große Herausforderung des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP) zur kurzfristigen Klimavorhersage.

Um die Lücke zwischen der Wettervorhersage für die nächste Woche und langfristigen Klimaprojektionen bis 2100 zu schließen, ist ein Modell erforderlich, das Techniken aus der Wettervorhersage und der langfristigen Klimaprojektion zusammenbringen kann: Sie alle verwenden dieselben zugrunde liegenden Computermodelle, aber kurzfristige Vorhersagen verlassen sich stark auf die Ausgangsbedingungen aus den neuesten Beobachtungsdaten, während langfristige Projektionen von Klimatrends am meisten auf die Veränderungen der Treibhausgasemissionen angewiesen sind.

Aufbau einer virtuellen Welt

Kurzfristige Vorhersagen sind auf den uneingeschränkten Austausch meteorologischer Daten in großem Umfang und in Echtzeit angewiesen. Informationen zu den fünf Elementen des Klimasystems – Atmosphäre, Ozean, Biosphäre, Kryosphäre und Geosphäre – dienen als Ausgangsbedingungen für die Modelle.

„Um dies zu tun, haben wir Systeme gebaut, die die bereits vorhandene Prognosefähigkeit für diese beiden Zeitskalen erweitern“, sagt Adam.

„Wir erhalten unsere beste Schätzung darüber, wie die Atmosphäre, der Ozean und andere Komponenten wie das Meereis und die Feuchtigkeit in der Landoberfläche heute aussehen. All das wird verwendet, um die Startbedingungen für die Vorhersage zu schaffen. Dann nehmen wir ein numerisches Modell, das auf fünf fundamentalen Gleichungen der Strömungsmechanik und Thermodynamik basiert, und verwenden die Startbedingungen für den gesamten Globus, um die Modellvorhersage zu starten. Es ist die gleiche Maschinerie, die für die Vorhersage von Wetter und langfristigem Klimawandel verwendet wird.

Modelle können auch angepasst werden, um verschiedene Szenarien zu berücksichtigen – zum Beispiel unterschiedliche Kohlendioxidwerte (CO2)-Emissionen oder bestimmte Ereignisse wie ein Vulkanausbruch, die Staub- und Aschepartikel in die Atmosphäre freisetzen und das Klima beeinflussen würden. Das Computermodell kann dann eine aus den Grundgesetzen der Physik abgeleitete Lösung für das zukünftige Klima liefern.

Da das Wetter jedoch chaotisch ist, kann selbst ein kleiner Unterschied in einer Variablen manchmal drastische Auswirkungen auf das Ergebnis haben. Aus diesem Grund wird das Modell verwendet, um zu machen mehrere Prognosen.

„Wenn Sie eine Vorhersage machen, sagt Ihnen die Chaostheorie, dass sie herumwackeln wird. Die Einzelheiten dieser speziellen Entwicklung werden nicht notwendigerweise überhaupt stattfinden. Sie müssen also eine Reihe von Prognosen erstellen, die wir als Ensemble bezeichnen. Wir erstellen normalerweise Dutzende von Prognosen für die kommenden fünf Jahre. Sie haben also eine ganze Reihe von Prognosen, die sich mit der Zeit entwickeln, und einige von ihnen werden steigen und einige von ihnen werden flacher sein. Aber wenn es ein vorhersagbares Signal gibt, zeigt das Paket mit Prognosen ein gemeinsames Merkmal, wie zum Beispiel, dass alle eine Zeit lang in die gleiche Richtung tendieren“, sagt Adam.

Die Modelle können beispielsweise El Niño in den kommenden Jahren vorhersagen. Wenn acht von zehn Vorhersagen einen ausreichend großen Anstieg der Meeresoberflächentemperatur im Pazifik zeigen, sagen wir, dass die Wahrscheinlichkeit eines El Niño-Ereignisses in der kommenden Zeit bei 80 % liegt. Für Vorhersagen bis zu einigen Jahren, erklärt Adam, haben die besonderen Ausgangsbedingungen im Ozean und in geringerem Maße in der Atmosphäre sowie die Höhe der Treibhausgasemissionen einen Einfluss auf das atmosphärische Wettergeschehen.

In den letzten Jahren hat die Forschung zu kurzfristigen Klimavorhersagen zugenommen, und sie werden immer geschickter, da die Rechenleistung zunimmt, die Beobachtungen des Klimas verfeinert und verbessert werden, Modelle mit höherer räumlicher Auflösung ausgeführt werden und die Anzahl der Vorhersagen in Die Ensembles werden vergrößert.

Mittlerweile arbeiten weltweit rund zehn Forschungsgruppen an kurzfristigen Klimavorhersagen, und die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) hat fünf als "Global Producing Centres für jährliche bis zehnjährige Klimavorhersagen. Das Met Office Hadley Center wurde als Lead Center zum Sammeln und Vergleichen von Vorhersagen bestimmt. Dies folgte der Entscheidung, die kurzfristige Klimavorhersage zu einer „große Herausforderung' für das Weltklimaforschungsprogramm (WCRP). Zusammen mit Terence O'Kane aus Australien ist Adam Co-Vorsitzender der wissenschaftlichen Lenkungsgruppe für das Projekt „Grand Challenge“, das drei Hauptziele hatte:

(1) Verbesserung der Qualität initialisierter dekadischer Klimainformationen und -vorhersagen;
(2) Um Vorhersageergebnisse zu sammeln, zusammenzustellen und zu synthetisieren und Informationen auf Dienste zuzuschneiden, die den Bedürfnissen der Interessengruppen entsprechen; und
(3) Entwicklung von Prozessen zur Bewertung und Kommunikation des Vertrauens- und Unsicherheitsgrades der Vorhersagen.

Als Teil der Forschung arbeitete das Projekt daran, Vorhersagen des kurzfristigen Klimas zu operationalisieren und ein regelmäßiges „Annual to Decadal Climate Update“ zu entwickeln, das eine Zusammenfassung der Vorhersagen für die nächsten Jahre enthält. Wenn die Der Bericht 2021 wurde Anfang dieses Jahres veröffentlichtZusammen mit den verschiedenen regionalen Aspekten der Vorhersagen lautete die Überschrift, dass das globale Jahresmittel – Land und Meer – in der Nähe der Erdoberfläche wahrscheinlich mindestens 1 °C wärmer sein wird als vorindustrielle Werte, und dass es etwa so ist wahrscheinlich wird eines der nächsten fünf Jahre mindestens 1.5 °C wärmer als vorindustriell sein.

Allerdings, warnt Adam, bedeutet dies nicht, dass die Pariser Schwelle von 1.5 °C Erwärmung erreicht sein wird. Was die Modelle zeigen, sagt Adam, ist, dass die globale Temperatur „immer näher an der 1.5-Grad-Marke schwankt“:

„Es ist wahrscheinlich, dass je näher wir der Pariser Schwelle kommen, es häufiger zu vorübergehenden Überschreitungen der 1.5-Grad-Marke kommt. Wir können diese Ereignisse bereits in den Prognosen sehen. Wir sind jetzt so nah dran, dass vorübergehende Ereignisse wahrscheinlicher werden: Es besteht eine Wahrscheinlichkeit von 40 %, dass es in den nächsten fünf Jahren zu einer vorübergehenden Überschreitung kommt, aber das würde immer noch nicht bedeuten, dass wir die Pariser Schwelle überschritten haben. Klimaschwankungen über Jahre oder sogar ein Jahrzehnt sind groß und können aus natürlichen Quellen oder anderen Faktoren stammen. Sie können sich dem Trend des Klimawandels widersetzen oder ihn verschärfen. Wenn Sie wissen möchten, welche dieser Dinge in Ihrer speziellen Interessensregion wahrscheinlicher passieren, dann müssen Sie die kurzfristigen Klimavorhersagen beachten.“

Wir sind es gewohnt zu hören, dass wirksame Maßnahmen gegen den Klimawandel langfristiges Denken und sofortige Emissionsminderungen erfordern. Darüber hinaus bauen Fortschritte in der kurzfristigen Klimavorhersage die Beweisgrundlage auf, die erforderlich ist, um Anpassung und Planung auf regionaler Ebene in Zeitskalen zu informieren, die für Regierungen und Entscheidungsträger in der Wirtschaft von entscheidender Bedeutung sind.

Weiterführende Literatur


Adam Scife

Adam Scife

Adam ist Leiter der Abteilung „Monthly to Decadal Prediction“ beim UK Met Office, die die Erforschung, Erstellung und Veröffentlichung von Met Office-Klimavorhersagen für Monate bis einige Jahre im Voraus umfasst. Adams persönliche Forschung konzentriert sich auf die Klimavariabilität und die Computermodellierung des Klimas. Er hat rund 200 Peer-Review-Artikel über Klimavariabilität, Simulation und Vorhersage unter Verwendung von physikalisch basierten Computermodellen veröffentlicht und ist international als anerkannt vielzitierter Forscher

Lesen Sie Adam Scaifes Vollständige Biografie auf der Website des UK Met Office.


Header-Foto: Annika Vogel (verteilt via imagegeo.egu.eu).

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