In der Klimaforschung werden seit vielen Jahren Computermodelle zur Simulation der zukünftigen klimatischen Bedingungen auf der Erde eingesetzt. Die Zukunftsprojektionen dieser Klimamodelle gehen zum Beispiel in die Berichte des Weltklimarates ein, die eine wichtige Grundlage für politische Entscheidungen sind. Um die Qualität und Zuverlässigkeit von Klimamodellen zu beurteilen, werden sie anhand von unabhängigen Beobachtungen evaluiert. Auch Messungen der Schwerefeldmissionen GRACE und GRACE-FO werden hierfür verwendet.
Dr. Laura Jensen, GFZ / Prof. Dr. Annette Eicker, HCU Hamburg
Aus den GRACE-/GRACE-FO-Satellitendaten kann seit 2002 monatlich eine globale Karte des terrestrischen Wasserspeichers (TWS), also der Gesamtsumme des Wassers im Boden, Grundwasser, Schnee und in Oberflächengewässern, abgeleitet werden. Wertet man alle Karten der letzten 20 Jahre aus, werden langfristige TWS-Trends erkennbar – Gebiete, in denen es trockener oder feuchter geworden ist (Abb. 1 links).
Auch aus 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...modell-Daten können solche TWS-Trends abgeleitet werden, sogar über wesentlich längere Zeiträume (von 1850 bis 2100), wobei für die Berechnung zukünftiger Werte Annahmen über die sozioökonomische Entwicklung und den Ausstoß von Treibhausgasen getroffen werden. Die TWS-Trends aus 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 haben allerdings relativ große Unsicherheiten und können sich von Modell zu Modell unterscheiden. In einer Studie über den Vergleich von Modell-TWS-Trends mit GRACE-/GRACE-FO-Beobachtungen wurde die Auswertung daher auf solche Regionen begrenzt, wo sich der Großteil der Modelle über die Richtung des Trends einig ist (Abb. 1 rechts).
© Laura Jensen, GFZ
Durch den Vergleich mit der Richtung des GRACE-/GRACE-FO-Trends konnten daraufhin Gebiete identifiziert werden, die wahrscheinlich langfristig (bis zum Jahr 2100) von Austrocknung oder Überschuss an Wasser betroffen sein werden. Zunehmend trockener werden laut der Studie zum Beispiel der Mittelmeerraum sowie der Westen der USA und Mittelamerika, während es in Zentralafrika Anzeichen dafür gibt, dass es feuchter wird (Abb. 2).
© Laura Jensen, GFZ
Allerdings werden GRACE-/GRACE-FO-Trends in manchen Gebieten von nicht-hydrologischen Massenveränderungen (z.B. Glazialisostatischer Ausgleich) überlagert, die in den 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 nicht enthalten sind. Solche Signale werden zwar bei der Auswertung durch geophysikalische Modelle reduziert, jedoch sind diese nicht perfekt, und daher kann ein Restsignal verbleiben, das den Vergleich erschwert. Auch in den 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 werden nicht alle hydrologischen Prozesse optimal berücksichtigt, wodurch Trends systematisch verfälscht sein können.
Zudem sind langfristige Trends häufig von kurzzeitigeren natürlichen 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...variationen überlagert. Durch Phänomene wie El Niño oder La Niña kann z.B. ein langfristig austrocknendes Gebiet über mehrere Jahre ungewöhnlich feucht sein. Wenn dies gerade in den – für 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...anwendungen relativ kurzen – Beobachtungszeitraum fällt, wird die langfristige Austrocknung eventuell noch nicht erkannt. Man schätzt, dass mindestens 30 Jahre Beobachtungen benötigt werden, bevor langfristige Trends und kurzzeitige Variationen global gut voneinander getrennt werden können. Jedoch zeigen Untersuchungen auch, dass der Einfluss kurzzeitiger Variationen nicht überall groß ist, so dass der Vergleich mit der bereits 20-jährigen GRACE-/GRACE-FO-Zeitreihe heute schon wertvolle Hinweise auf „Hot Spots“ klimabedingter Austrocknung oder Überwässerung gibt. Auch die Identifizierung von Gebieten, bei denen sich Modelle und Beobachtungen widersprechen, ist ein wichtiger Ansatzpunkt für die Weiterentwicklung der 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 denen GRACE-/GRACE-FO-Daten einen wertvollen Beitrag leisten können.
Literaturtipps
- Jensen, L., A. Eicker, H. Dobslaw, T. Stacke, and V. Humphrey. “Long-Term Wetting and Drying Trends in Land Water Storage Derived From GRACE and CMIP5 Models.” Journal of Geophysical Research: Atmospheres 124, no. 17–18 (2019): 9808–23. doi.org/10.1029/2018JD029989.
- Jensen, L. “Satellite Gravimetry for Climate Model Evaluation.” Doctoral Thesis, HafenCity Universität Hamburg, 2021. doi.org/10.34712/142.23.