Gute und schlechte Modelle

Die Klimamodelle streuen bei Ihren Resultaten über einen weiten Bereich. Die Klimasensitivitäten, die sie wiedergeben, reichen meistens von ca. 1,5 bis ca. 5 Grad Erwärmung je Verdopplung des CO2-Mischungsverhältnisses. Die Unterschiede rühren wohl daher, dass in den verschiedenen Modellen Prozesse, die sie nicht auflösen können, wie zum Beispiel die Wolkenbildung und konvektive Prozesse (also der Aufstieg warmer Luft) verschieden parametrisiert sind, also durch pauschale Rechnungen wiedergegeben werden. Die spannende Frage ist, welche Modelle realistischer sind und wie man das entscheiden kann. Eine neue Arbeit von Steven C. Sherwood, Sandrine Bony und Jean-Louis Dufresne: Spread in model climate sensitivity traced to atmospheric convective mixing, Nature 505, 37-42 (2014), bietet möglicherweise einen Hinweis darauf, dass Modelle mit niedriger Klimasensitivität eher unrealistische Wolkenparametrisierungen bzw. der Konvektion über den Meeren haben. Das wäre ein Hinweis darauf, dass eine Klimasensitivität von 3 und mehr mit unseren Kenntnissen über das Klima besser verträglich ist und wir davon ausgehen müssen, dass Ergebnisse mit einem stärkeren Temperaturanstieg wahrscheinlicher sind.

Ich möchte die Arbeit nur sparsam kommentieren, denn das Ergebnis ist offensichtlich und nachvollziehen kann ich es mit meinen Möglichkeiten nicht. Die Arbeit dürfte in nächster Zeit intensiv diskutiert werden. Der Hintergrund ist nach der Aussage von Sherwood, dass man einige Unterschiede in der Parametrisierung der Modelle untersucht und auf ihre physikalische Plausibilität untersucht hat. Etwa die Hälfte der Variabilität der Ergebnisse verschiedener Klimamodelle konnten sie auf die Parametrisierung der Konvektion über den Meeren zurückführen. Die Konvektion kann so angelegt sein, dass sie feuchte Luft in verschiedene Höhen bringt. Nicht in jeder Höhe reicht dann die nach oben transportierte Feuchtigkeit aus, um Wolken zu erzeugen. Ist die Konvektion hingegen so angelegt, dass feuchte Luft gleich in die obere Troposphäre transportiert wird, führt das in größerem Maß zur Bildung von Wolken. Wenn eine zunehmende Erwärmung dazu führt, dass konvektive Prozesse verstärkt werden und wenn die Parametrisierung der Modelle so ist, dass nur die hochreichende Konvektion verstärkt wird, bilden sich  über den Meeren bei einer Erwärmung verstärkt Wolken, die abkühlend wirken. Dadurch erniedrigt sich die Klimasensitivität, weil eine negative Rückkopplung aufgebaut wird (oder zumindest eien mögliche positive Rückkopplung nicht entstehen kann). In Modellen, in denen die Parametrisierung so wirkt, dass die Konvektion in verschiedene und insbesondere niedrigere Höhen reicht, fehlt es hingegen in größeren Höhen an Feuchtigkeit zur Wolkenbildung bei einer zunehmenden Erwärmung und dadurch zunehmenden Konvektion. Diese Modelle zeigen eine Verstärkung der Erwärmung durch abnehmende Bewölkung und dadurch eine höhere Klimasensitivität. Beobachtungen der Wolkenbildung über den Meeren sind mit diesen Modellen besser verträglich, die dadurch als realistischer eingestuft werden. Weitere Diskussionen dazu hat Peter Sinclair zusammengetragen.