DKRZ und Klimaforschung
Klimamodellierung
Das Ziel der Klimamodellierung besteht darin, das gesamte Klimasystem mit all seinen Prozessen und Wechselwirkungen zu reproduzieren.
Die verschiedenen Teilsysteme weisen jedoch stark variierende Zeitskalen auf. Daher ist es nicht möglich, alle wichtigen Komponenten des Klimasystems gleichzeitig in ein umfassendes Modell zu integrieren. Es muss eine Hierarchie von Modellen entwickelt werden, welche die verschiedenen Zeitskalen und Kombinationen von Teilsystemen berücksichtigen.
Die Entwicklung eines Klimamodells
Vorgänge im Klimasystem unterliegen bekannten Naturgesetzen, die in Form mathematischer Gleichungen formuliert werden können, zum Beispiel:
- Masseerhaltung
- Wärmeleitung
- Bewegung
Da es nicht möglich ist, diese Gleichungen direkt zu lösen, haben Klimaforscher numerische Modelle entwickelt, mit denen sie näherungsweise im Computer berechnet werden können.
Zunächst müssen die verschiedenen Teile des Klimasystems, z.B. die Atmosphäre, die Landoberfläche, das Meereis und die Ozeane in Millionen von Gitterzellen zerlegt werden (siehe Bild unten).
Die Entwicklung von Klimagrößen wie etwa der Temperatur oder des Wasserdampfes in jeder einzelnen Gitterzelle sowie der Austausch dieser Eigenschaften zwischen den Gitterzellen müssen mittels Höchstleistungsrechnern einzeln bestimmt werden. Dieser Vorgang ist hochkomplex und erfordert nicht nur ein genaues Verständnis der physikalischen Vorgänge, sondern auch handwerkliches Können bei der Programmierung dieser Rechner. Je kleiner die Gitterabstände und je mehr Vorgänge berücksichtigt werden, desto besser gelingt die Annäherung an das reale Klimageschehen.
