Der Klimawandel ist wohl eines der am meisten diskutierten Phänomene der jüngeren Vergangenheit. Die Wissenschaft ist sich nicht gänzlich darüber im Klaren, wie die Erhöhung der mittleren Globaltemperatur der letzten Jahrzehnte zu Stande kommt. Es werden verschiedene Theorien publiziert und diskutiert. In Modellexperimenten wird das vergangene Klima nachvollzogen und mögliche zukünftige Klimata werden errechnet. Die Berechnungen bilden zum Teil die Grundlage für politische Entscheidungen und sind daher von hoher gesellschaftlicher Bedeutung. Einige Modelle und die prägnantesten Klimaprojektionen werden in der vorliegenden Arbeit vorgestellt und erörtert.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theorien zu Erklärung des Klimawandels
2.1 Sonnenaktivität
2.1.1 Aufheizen der Troposphäre durch eine Zunahme der totalen Sonnenstrahlung
2.1.2 Beeinflussung der Stratosphärenchemie durch die Änderung der solaren UV-Strahlung
2.1.3 Einfluss der kosmischen Strahlung auf die Wolkenbildung
2.1.4 Fazit zur Sonnenaktivität als Hauptantrieb zum aktuellen Klimawandel
2.2 Anthropogener Treibhauseffekt
2.3 Fazit zu Theorien zu Erklärung des Klimawandels
3 Modelle zur Erklärung des Klimawandels
3.1 Vorbetrachtung
3.2 Physikalische (deterministische) Modelle
3.2.1 Energiebilanzmodelle (EBM)
3.2.2 Strahlungskonvektionsmodelle (RCM)
3.2.3 Allgemeine Zirkulationsmodelle (GCM)
3.2.3.1 Atmosphärenmodell (AGCM)
3.2.3.2 Beispiel einer einfachen Form des Atmosphärensystems
3.2.3.3 Ozeanmodell (OGCM)
3.2.3.4 Atmosphären-Ozean-Modell (AOGCM)
3.2.3.5 Das Klimamodell ECHO-G
3.2.4 Erdsystem-Modelle mittlerer Komplexität (EMIC)
3.2.5 Räumliche Auflösung/Diskretisierung
3.2.6 Das GME (Global-Modell) des Deutschen Wetterdienstes
3.2.7 Zeitliche Auflösung/Diskretisierung
3.2.8 Downscaling
3.2.9 Beeinflussung der Modelle
3.2.9.1 Vulkanismus
3.2.9.2 Beispielmodell
3.3 Statistische Klimamodelle
3.3.1 Multiples lineares Regressionsmodell (MLR/MRM)
3.3.2 Neuronales Netzwerkmodell (NNM)
3.4 Probleme mit Klimamodellen
3.4.1 Zuverlässigkeit von Messwerten
3.4.2 Parametrisierung von Prozessen
3.4.3 Klimadrift und Flusskorrektur
3.4.5 Kaltstartproblem
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die wissenschaftliche Debatte um die Ursachen des Klimawandels und evaluiert die Funktionsweise sowie die Grenzen moderner Klimamodelle. Dabei steht die Forschungsfrage im Mittelpunkt, inwiefern natürliche Faktoren wie die Sonnenaktivität oder anthropogene Einflüsse wie die Erhöhung der Treibhausgaskonzentration primär für die beobachtete globale Temperaturerhöhung verantwortlich sind.
- Vergleich der Theorien zum Klimawandel (Sonnenaktivität vs. Treibhauseffekt)
- Systematik und Funktionsweise physikalischer und statistischer Klimamodelle
- Methoden der räumlichen und zeitlichen Diskretisierung in der Klimamodellierung
- Herausforderungen wie Datenunsicherheit, Parametrisierung und Modellfehler
Auszug aus dem Buch
3.2.3.1 Atmosphärenmodell (AGCM)
Erst der Einsatz von Computern erlaubte die dreidimensionale Darstellung. Die ersten Modelle dieser Art waren reine Atmosphärenmodelle (AGCM). In diesen wurde der Ozean nur als flacher Sumpf dargestellt. Somit konnte man die Verdunstung und den Niederschlag simulieren, nicht aber die Wärmespeicherung des Ozeans und den Windantrieb. (KASANG 2006: o. S.; STORCH1999:125).
Um diese beiden Faktoren darzustellen, fügte man später eine ozeanische Deckschicht von 50 bis 300 Metern hinzu. Ein solches „Deckschichtmodell“ („mixed layer model“) besteht aus nur einer einzigen Schicht. Das Wasser hatte über die gesamte Tiefe die gleichen Eigenschaften, war demnach gleich warm und hatte den gleichen Salzgehalt. Durch die Energieerhaltung konnte die Temperatur berechnet werden. Das Wasser tauscht Wärme mit der Luft aus, der horizontale Transport der Wärme fand nicht statt oder wurde zwingend festgelegt. Das Modell wurde zur Bestimmung von Gleichgewichtsklimaten, wie der Verdoppelung der atmosphärischen CO2-Konzentration, eingesetzt. (STORCH 1999:125). Diese Art der Klimamodelle ging aus den Wettervorhersagemodellen hervor, die hier nicht weiter erklärt werden sollen. (KASANG 2006: o. S.)
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung umreißt die gesellschaftliche Bedeutung des Klimawandels und die Relevanz von Klimamodellen als Basis für politische Entscheidungen.
2 Theorien zu Erklärung des Klimawandels: Dieses Kapitel vergleicht die Sonnenaktivität und den anthropogenen Treibhauseffekt als zwei zentrale Erklärungsansätze für die globale Erwärmung.
3 Modelle zur Erklärung des Klimawandels: Dieser Hauptteil analysiert verschiedene Modelltypen von Energiebilanzmodellen bis hin zu komplexen AOGCMs und diskutiert deren methodische Herausforderungen und Unsicherheiten.
Schlüsselwörter
Klimawandel, Sonnenaktivität, Treibhauseffekt, Klimamodelle, AGCM, Ozeanmodell, AOGCM, Downscaling, Parametrisierung, Klimadrift, Treibhausgase, CO2, Modellierung, Atmosphäre, Statistik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die wissenschaftlichen Theorien und numerischen Modelle, die zur Erklärung und Projektion des Klimawandels herangezogen werden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die natürliche versus anthropogene Klimaveränderung, die technische Funktionsweise von Klimamodellen und die Limitationen der Modellierung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es zu klären, welche Faktoren den Klimawandel treiben und wie zuverlässig heutige Modelle die komplexen Prozesse des Erdsystems abbilden können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine Literatur- und Modellanalyse, die den aktuellen Forschungsstand auf Basis von wissenschaftlichen Studien und Berichten synthetisiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Betrachtung der Ursachen und eine detaillierte technische Analyse physikalischer und statistischer Modellansätze.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Klimamodellierung, Treibhauseffekt, Sonnenaktivität, Klimadrift, Parametrisierung, CO2-Konzentration und räumliche Auflösung.
Warum spielt der Vulkanismus bei der Modellierung eine Rolle?
Vulkanausbrüche beeinflussen durch die Freisetzung von Aerosolen in der Stratosphäre kurzfristig die Strahlungsbilanz und werden daher als externer Einflussfaktor in Klimamodellen berücksichtigt.
Was besagt das Kaltstartproblem in der Klimamodellierung?
Es beschreibt den Fehler, der auftrat, wenn Modelle mit falschen Ausgangsbedingungen hinsichtlich der historischen Treibhausgaskonzentration gestartet wurden, was zu verzögerten Temperaturantworten führte.
- Quote paper
- Henning Mertens (Author), Ronald Steller (Author), 2006, Theorien und Modelle zur Erklärung des Klimawandels, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/66981
