Zukünftige Klimaentwicklung - ein Ensemble von Möglichkeiten

Vieles deutet darauf hin, dass sich der Erwärmungstrend der Vergangenheit auch in Zukunft fortsetzen wird, wie der 5. IPCC-Bericht bestätigt. Wahrscheinlich wird damit auch in Bayern weißer Schnee unter blauem Himmel seltener. Die Angaben zu den zukünftigen Niederschlagsverhältnissen sind dabei jedoch weniger gesichert, wobei die Ergebnisse der Klimaforschung für eine Umverteilung der Niederschlagsverhältnisse innerhalb des Jahres sprechen.

Im Folgenden werden die Methoden zur Herleitung dieser Schlussfolgerungen erläutert.

Methoden - Interpretation von Klimamodellergebnissen

Die "Kristallkugeln" der Klimaforschung sind die Emissionsszenarien sowie die Globalen und Regionalen Klimamodelle. Zukünftige klimatische Veränderungen einer Region werden dabei mit einer Kombination von Emissionsszenarien und Klimamodellen (Modellkette) ermittelt (siehe Kapitel "Klimamodellierung"). Es existiert eine Vielzahl von Modellen, die durch unterschiedliche Grundannahmen und Eingangsgrößen charakterisiert sind. Demzufolge unterscheiden sich auch die Modellergebnisse zum Teil erheblich. So führt die Kombination eines einzelnen Regionalmodells mit unterschiedlichen Globalmodellen zu verschiedenen Resultaten. Anstatt nur die Ausgabe eines einzigen Klimamodells auszuwerten, werden darum seit einigen Jahren zumeist Ensembles betrachtet, also ein Bündel von Ausgaben verschiedener Modelle. Jedoch mangelt es dabei an belastbaren Grundlagen für die Berechnung von Eintrittswahrscheinlichkeiten der einzelnen Projektionen. Daher wird in der Praxis angenommen, dass jedes nach methodischen Gesichtspunkten korrekt ermittelte Projektionsergebnis mit der gleichen Wahrscheinlichkeit eintritt. Folglich ergibt sich die Frage: Wie muss mit den Ergebnissen umgegangen werden und wie sind sie zu interpretieren?

Erst die Berücksichtigung mehrerer Kriterien ergibt eine umfassende Ergebnisbewertung. Die Projektionsergebnisse werden dabei im LfU nach den folgenden Gesichtspunkten analysiert und bewertet:

1. Wie plausibel sind die Aussagen? Über- oder unterschätzen beispielsweise einzelne Modelle bestimmte klimatologische Größen bereits in der Modellierung der Vergangenheit? Oder: Ist das Änderungssignal eines Modells deutlich stärker als das der anderen und damit möglicherweise ZU stark? Oder: Ist die wiedergegebene räumliche Verteilung physikalisch möglich? Hier sind bei der Interpretation sehr viel Erfahrung und das Fingerspitzengefühl der Klimaforscher gefragt siehe auch Kapitel Modellierung/Methoden).

2. Wie robust sind die Modellausgaben, also: Wie verlässlich sind die angezeigten Tendenzen der unterschiedlichen Klimamodelle? Üblicherweise wird angenommen: Je mehr Klimamodelle die gleiche Entwicklungsrichtung aufzeigen, desto robuster ist ihre Aussage.

Kurven mit unterschiedlicher Entwicklungsrichtung Die Kurven zeigen unterschiedliche Entwicklungsrichtungen. Eine verlässliche Aussage ist daher nicht möglich. Das Klimaänderungssignal ist also nicht robust

3. Zeigen die Modellergebnisse einer Klimagröße (z.B. Temperatur) tatsächlich eine Änderung an oder wird ein unverändertes Klima modelliert? In Anlehnung an die Interpretation von Trends bei Beobachtungsdaten lautet somit die Frage: Liegen die modellierten Änderungen bereits außerhalb der Schwankungsbreite der modellierten Vergangenheit, sind also diesbezüglich signifikant? Um diese Frage zu beantworten, muss die Schwankungsbreite in der Vergangenheit ermittelt und dargestellt werden (Bei der Ensembledarstellung der Zukunft wird jedoch aufgrund der Übersichtlichkeit oft die natürliche anstatt der modellierten Schwankungsbreite als Orientierungsmaß genutzt).

Das Klimaänderungssignal

Ein wesentliches Ergebnis der Regionalen Klimaprojektionen ist das Klimaänderungssignal (blaue waagerechte Linie). Dabei wird z. B. die errechnete mittlere Temperatur eines zukünftigen Zeitraums mit dem Simulationsergebnis eines Zeitraums aus der Vergangenheit verglichen und die Differenz angegeben. Mögliche systematische Fehler eines Modells (z.B. wärmer/kälter als die gemessene Vergangenheit) werden damit weitgehend umgangen, da die modellierte Zukunft mit der modellierten Vergangenheit (Kontrolllauf) und nicht mit der gemessenen Vergangenheit verglichen wird. Zur Darstellung des gegenwärtigen Klimas im Kontrolllauf werden meist die Jahre 1971–2000, als Schwerpunkt für den Blick in die Zukunft die Jahre 2021–2050 und darüber hinaus ergänzend die Jahre 2071–2100 gewählt.

Verbildlichung Änderungssignal: Eine tief liegende waagerechte Linie in der Vergangenheit, eine gleich lange höher liegende waagerechte Linie in der Zukunft. Verbildlichung gleitendes Mittel: mehrere gleich lange waagerechte Linien sind jeweils leicht nach rechts verschoben und liegen etwas höher als die vorhergehende. Eine glatt ansteigende Verbindungslinie ist das gleitende Mittel Schema zur Bildung von gleitendem Mittelwert und Änderungssignal

Mit dieser Methode können jedoch nur bestimmte einzelne Zeitscheiben verglichen werden.
Will man die fortschreitenden Veränderungen über einen längeren Zeitraum betrachten, können gleitende Mittel gebildet werden (rote Linie).
Dabei wird berechnet, wie sich der Mittelwert über einen längeren Zeitraum, häufig 30 Jahre, fortschreitend von 2000 bis 2100 im Vergleich zur Vergangenheit (Kontrolllauf für 1971-2000) verändert (Mittelwert 2000-2030, 2001-2031, 2002-2032 usw.).

Eine gezackt verlaufende Linie steigt mit der Zeit an. Durch diese wird eine Gerade gezogen Ermittlung der Klimaveränderung als linearer Trend

Teilweise werden Klimaveränderungen in der Zukunft auch als lineare Trends angegeben. Diese ergeben sich als Differenz der Werte von Anfang und Ende einer Trendgeraden innerhalb der untersuchten Zeitperiode. Die Angabe erfolgt für den untersuchten Zeitraum oder oft als absolute Wertänderung pro Jahr (z.B.°C/Jahr). Beim Niederschlag wird der Trend häufig als prozentuale Veränderung vom langjährigen Mittelwert (relative Änderung) angegeben. Das heißt, ein Anstieg von 100 mm Niederschlag ergibt bei einem langjährigen Mittel von 1000 mm einen relativen Trend von 10%.