Um die Fähigkeit von Klimamodellen zur Darstellung extremer Dürren zu prüfen, werden Simulationen von 17 Modellen des CMIP6-Projekts mit Beobachtungen der GRACE und GRACE-FO Missionen verglichen. Im Mittel stimmen Modelle und Beobachtungen gut überein, einzelne Modelle weichen jedoch regional stark ab. In einem Szenario mit anhaltend hohen Treibhausgasemissionen (SSP5-8.5) prognostizieren die Modelle bis Ende des 21. Jahrhunderts deutlich häufigere und intensivere Dürren – besonders in Afrika, Südamerika und Asien. GRACE-Daten sind daher zentral, um Klimamodelle zu überprüfen und zu verbessern.
Text: Klara Middendorf, HCU Hamburg
Wie oft und wie stark werden Dürren in Zukunft auftreten? Um diese Frage beantworten zu können, braucht es KlimamodelleKlimamodelle sind Werkzeuge, die das Klimasystem rechnergestützt simulieren, indem die das Klimasystem beschreibenden physikalischen Grundgleichungen auf Supercomputern gelöst werden. Die Computer-Modelle, die so entstehen, werden zumeist angewende..., die physikalische Prozesse im Erdsystem simulieren. Um Vorhersagen für die Zukunft verlässlicher machen zu können, müssen zunächst deren Simulationen in der Gegenwart bzw. nahen Vergangenheit anhand von realen Messdaten überprüft werden.
Vergleich von Klimamodellen mit GRACE/GRACE-FO
Mit den Satellitenmissionen GRACE und GRACE-FO können großräumige Massenveränderungen auf der Erde gemessen werden. Dadurch wird sichtbar, wie sich die gespeicherte Menge von Wasser auf Land über die Zeit verändert. Dabei werden alle Zustände von Wasser – in Böden und als Grundwasser, in Schnee, Eis und Vegetation, sowie als Oberflächengewässer – berücksichtigt, was zusammen als terrestrische Wasserspeicherung (TWS) bezeichnet wird. Mittels GRACE/GRACE-FO können also Zeiträume mit insgesamt sehr wenig Wasser (Dürre) oder sehr viel Wasser (Flut) erkannt werden.
In unserer Studie wurden diese Messdaten genutzt um zu überprüfen, wie gut das Auftreten von extremer Trockenheit in KlimamodelleKlimamodelle sind Werkzeuge, die das Klimasystem rechnergestützt simulieren, indem die das Klimasystem beschreibenden physikalischen Grundgleichungen auf Supercomputern gelöst werden. Die Computer-Modelle, die so entstehen, werden zumeist angewende...n reproduziert wird. Dabei wurde als „besonders trocken“ auch verstanden, wenn es in einem feuchten Zeitraum (z.B. zur Regenzeit) ungewöhnlicherweise weniger feucht ist. Die KlimamodelleKlimamodelle sind Werkzeuge, die das Klimasystem rechnergestützt simulieren, indem die das Klimasystem beschreibenden physikalischen Grundgleichungen auf Supercomputern gelöst werden. Die Computer-Modelle, die so entstehen, werden zumeist angewende... stammen aus dem internationalen Projekt CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Projekt, Phase 6), welches einen einheitlichen Rahmen erarbeitet hat, um die weltweit von verschiedenen Institutionen erarbeiten Modelle vergleichbar zu machen. Ein einzelnes numerisches Modell kann hierfür verschiedene Simulationen erzeugen, die sich z.B. durch veränderte Anfangsbedingungen unterscheiden. Insgesamt wurden 245 Simulationen von 17 verschiedenen Modellen in dieser Studie berücksichtigt.
Um ein Maß für das Auftreten von Dürren abzuleiten, wurde mithilfe von Extremwertstatistik untersucht, mit welcher Häufigkeit Werte einer bestimmten Intensität auftreten und daraus ein Wiederkehrwert abgeleitet. Dieser bezieht sich auf eine spezifische Wiederholungsperiode, also dem Zeitraum, der im Mittel zwischen zwei extremen Werten liegt: Ein 1-in-10 Jahren Wiederkehrwert gibt somit den TWS-Wert (bzw. die Intensität) an, der statistisch gesehen in einem Zeitraum von 10 Jahren genau einmal unterschritten wird.
Die Ergebnisse einzelner KlimamodelleKlimamodelle sind Werkzeuge, die das Klimasystem rechnergestützt simulieren, indem die das Klimasystem beschreibenden physikalischen Grundgleichungen auf Supercomputern gelöst werden. Die Computer-Modelle, die so entstehen, werden zumeist angewende... sind für Dürren durchaus unterschiedlich, da kleine Unterschiede in der Modellphysik zu stark abweichenden Ergebnissen führen können. Wenn aber alle Modelle als ein gemeinsames Multi-Modell-Ergebnis zusammen betrachtet werden (hier: durch einen skalierten Median), stimmt die Simulation mit den Satellitendaten recht gut überein (siehe Abb. 1). Einzelne Modelle unterschätzen die Schwere von Dürren in Regionen wie dem globalen Süden allerdings, und andere überschätzen sie in Europa oder Australien. Die GRACE-Daten helfen dabei, diese Diskrepanzen sichtbar zu machen und eröffnen somit die Möglichkeit, gemeinsam mit den Modellentwicklern nach Verbesserungsmöglichkeiten in der Modellphysik zu suchen.
Zukunftsprognose der Klimamodelle
Besonders wichtig ist auch der Blick in die Zukunft, den die KlimamodelleKlimamodelle sind Werkzeuge, die das Klimasystem rechnergestützt simulieren, indem die das Klimasystem beschreibenden physikalischen Grundgleichungen auf Supercomputern gelöst werden. Die Computer-Modelle, die so entstehen, werden zumeist angewende... im Gegensatz zu den Satellitendaten zusätzlich ermöglichen: Unter einem gegenwärtig wahrscheinlichen „Weiter-so“-Szenario von weiterhin steigenden Treibhausgasemissionen (SSP5-8.5) erwarten die Modelle im Mittel eine deutliche Zunahme trockener Extreme bis Ende des 21. Jahrhunderts – vor allem in Zentralafrika, Südostasien, Teilen Südamerikas und Nordsibiriens (siehe Abb. 2). Insgesamt sagen die Modelle für etwa 70 % der Landfläche eine Zunahme der Dürreintensität voraus. Optimistischere Szenarien mit weniger Treibhausgasen zeigen zwar ebenfalls Verschärfungen der Dürreintensität, im Vergleich zur aktuellen Situation aber in geringerem Ausmaß.
Unsere Studie unterstreicht zwei Punkte: Erstens sind Satelliten wie GRACE/-FO sehr wertvolle Werkzeuge, um KlimamodelleKlimamodelle sind Werkzeuge, die das Klimasystem rechnergestützt simulieren, indem die das Klimasystem beschreibenden physikalischen Grundgleichungen auf Supercomputern gelöst werden. Die Computer-Modelle, die so entstehen, werden zumeist angewende... zu überprüfen und zu verbessern. Zweitens hängt die Zukunft der Wasserknappheit stark davon ab, welchen Emissionspfad die Menschheit einschlägt. Der KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...wandel zeigt sich also nicht nur in steigenden Temperaturen, sondern auch in der wachsenden Gefahr von Dürren – mit Folgen für Landwirtschaft, Trinkwasserversorgung und Ökosysteme weltweit.
Weiterführende Literatur
- Middendorf, K., Dobslaw, H., Jensen, L., & Eicker, A. (2025). Return levels of dry extreme events in terrestrial water storage from satellite gravimetry and CMIP6 global coupled climate models. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2024JB031011. https://doi.org/10.1029/ 2024JB031011