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Klimamodelle auf dem Prüfstand

05.08.2002


Seit zirka drei Wochen findet in den deutschen Medien eine neuerliche Debatte zur "Glaubwürdigkeit" von computergestützten Klimamodellen statt. Auslöser war die Veröffentlichung einer Studie eines deutsch-israelischen Forscherteams in der bedeutendsten physikalischen Zeitschrift am 8. Juli 2002 (R.B. Govindan et al., Physical Review Letters 89, 028501-1), an der auch Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK und Forschungsdirektor des britischen Tyndall Centre for Climate Change Research, beteiligt war.

In dieser Studie wurden die sieben international führenden Klimasimulationsmodelle einem subtilen statistischen Test unterzogen (siehe unten), der einen Verbesserungsbedarf der Klimamodelle aufzeigt. Dies führte bei Teilen der Öffentlichkeit zu irrigen Schlussfolgerungen hinsichtlich der allgemeinen Aussagekraft von Modellrechnungen. Um weiteren Fehlinterpretationen vorzubeugen, sollen im folgenden die Dinge kurz so dargestellt werden, wie sie wirklich sind.

Klimamodelle sind die einzigen wissenschaftlichen Instrumente, mit denen langfristige Vorhersagen der globalen Umweltbedingungen durchgeführt werden können. Insbesondere die künftige Erwärmung unseres Planeten aufgrund der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen lässt sich damit abschätzen. Die Modelle haben in vielen Tests ihre Leistungsfähigkeit bewiesen: Sie sind unter anderem in der Lage, historische Entwicklungen der globalen Mitteltemperatur zu rekonstruieren und sogar den Verlauf von El-Niño-Ereignissen zu prognostizieren. Die bewusste deutsch-israelische Studie hat nun die Modelle einem neuartigen Härtetest unterzogen, der auf einer kürzlich entdeckten Gesetzmäßigkeit in der Atmosphärendynamik beruht (E. Koscielny-Bunde et al. 1998, Physical Review Letters 81, 724).

Dieses Gesetz wurde aus den langjährigen Temperaturaufzeichnungen von über 100 Wetterstationen in aller Welt gewonnen und besagt, dass in der Atmosphäre eine universelle Erhaltungsneigung für Temperaturanomalien vorliegt. Das heißt, das Klima besitzt eine Art Gedächtnis für heiße oder kalte Episoden auf allen Skalen. Erst mit Hilfe fortgeschrittener Methoden der modernen Physik war es möglich, diese Einsicht aus Millionen von Wetterdaten herauszufiltern. Es lag nun nahe, die Modelle hinsichtlich ihrer Fähigkeit, das empirische Gesetz zu reproduzieren, zu überprüfen.

Die Testergebnisse sind eher ernüchternd: Keines der führenden Klimamodelle ahmt die Erhaltungsneigung von Temperaturanomalien zufriedenstellend nach. Deswegen kann jedoch nicht die Rede davon sein, dass die modellbasierten Prognosen über die globale Erwärmung einer generellen Revision unterzogen werden müssten. Der fragliche Test bezieht sich nur auf einen spezifischen Aspekt der Atmosphärendynamik, und die Studie weist lediglich auf die Möglichkeit der Überschätzung extern aufgeprägter Trends (z.B. durch CO2-Emissionen) durch die Modelle hin.

Ein deutsches Simulationsmodell aus dem Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg war in die Untersuchung miteinbezogen. Die geprüfte Version spiegelt das Persistenzgesetz in der Tat nicht gut wider, hat aber dafür in andersgearteten Vergleichstests überwiegend glänzend abgeschnitten und zählt damit zu den internationalen Spitzenprodukten.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die neue Studie einen völlig normalen Vorgang im Alltagsgeschäft der Wissenschaft darstellt. Professor Schellnhuber drückt dies wie folgt aus: "Hochentwickelte Forschungswerkzeuge - wie die Klimamodelle - werden laufend neuen Leistungstest unterworfen, um nach und nach sämtliche Schwachstellen auszumerzen. Dies ist kein Beweis für die Krise der Klimasimulation, sondern, im Gegenteil, ein Beleg für ihre Glaubwürdigkeit und Vitalität. Deshalb werden auch die skizzierten Testverfahren weiter verbessert und angewandt werden - ganz im Sinne eines ’Modell-TÜVs’. Auch ein gutes Modell kann einmal einen Minuspunkt bei einem bestimmten Leistungsmerkmal erhalten. Wie bei einem guten Auto, das in der Überprüfung einige Beanstandungen erhalten hat, lässt man es anschließend nicht verschrotten, sondern behebt die Mängel und nutzt es weiter!"

Margret Boysen | idw

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