Für die Politik sind die Weltklimaberichte des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ein wichtiges Hilfsmittel, da sie den jeweils aktuellen Wissensstand zu Klimasystem und Klimawandel dokumentieren. Im Jahr 2021 soll der erste von drei Teilen des nunmehr sechsten Sachstandsberichtes (IPCC AR6) erscheinen, der die naturwissenschaftlichen Grundlagen behandelt. Aussagen zu möglichen zukünftigen Klimaänderungen basieren dabei weitgehend auf Ergebnissen von neuen Klimasimulationen, die das Weltklimaforschungsprogramm (World Climate Research Programme, WCRP) im Rahmen des "Coupled Model Intercomparison Project" (CMIP) im Hinblick auf den Bericht organisiert. Zahlreiche internationale Forschergruppen tragen mit eigenen Modellen und Simulationen zu diesem Modellvergleich bei.


Abbildung 1: Arbeitsschritte im Produktionsprozess von Klimamodelldaten für CMIP6. Blaue und grüne Schattierungen zeigen Werkzeuge, die am DKRZ entwickelt werden. Das BMBF förderte den deutschen Beitrag zum aktuellen Modellvergleich CMIP6 (CMIP6 Landscape, 2019) – von der Vorbereitung der Klimasimulationen bis zur Publikation der Ergebnisse. Im Lauf der letzten Jahre wurden von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von MPI-M, AWI, DLR, DWD sowie des DKRZ viele CMIP6-Experimente gerechnet, ihre Ergebnisse standardisiert und über den ESGF-Datenknoten (Earth System Grid Federation) des DKRZ publiziert. Alleine 2019 erforderten diese Simulationen 1,2 Millionen Knotenstunden Rechenzeit am DKRZ. Insgesamt wurden in dem Rahmen etwa 13.000 Modelljahre simuliert.

Dabei profitierten besonders das Erdsystemmodell MPI-ESM1.2 des MPI-M (Mauritsen et al., 2019) und das Klimamodell AWI-CM-1-1 des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (Semmler et al., 2019) von der weiterentwickelten Web-unterstützten Postprocessing-Infrastruktur (Abbildung 1). Der CMIP6-Datenpool am DKRZ umfasste Ende April 2020 ungefähr 1,1 Petabyte an qualitätsgeprüften, primär publizierten und 2,1 Petabyte an replizierten Klimamodelldaten, d.h. Kopien der Simulationsergebnisse von Instituten aus anderen Ländern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler analysieren diese Daten mit Werkzeugen wie dem ESMVal-Tool (Earth System Model Evaluation Tool; Righi et. al, 2020), das etablierte Diagnostiken der Modelldaten beinhaltet und mit dem die Modelle hinsichtlich ihrer Darstellung wichtiger Klimagrößen und Prozesse überprüft werden. Die Ergebnisse des ESMValTools werden den Forschenden auf einer Webseite am DKRZ zur Verfügung gestellt.

Abbildung 2: Simulierte Änderung der 2m-Temperatur für die Vergangenheit (graue Kurven, zum Vergleich zeigt die gelbe Kurve die beobachtete Vergangenheit) sowie für unterschiedliche SSP-Zukunftsszenarien (lila, rot, blau, grün). Die braunen Kurven zeigen die Kontrollexperimente, mit denen das ungestörte Klima untersucht werden kann. Die Modelle MPI-ESM und AWI-CM zeigen eine leicht unterschiedliche Sensititvität; so zeigt das Modell AWI-CM insbesondere für SSP585 die stärkste Erwärmung von allen Experimenten. Am DKRZ wurden Ensemble-Simulationen mit den Modellen MPI-ESM1.2 und AWI-CM-1-1 für verschiedene Zukunftsszenarien durchgeführt, die in etwa die Bandbreite der plausiblen bzw. möglichen Szenarien abdecken. Dies bedeutet, dass die gleichen Simulationen jeweils mehrfach mit leicht veränderten Anfangsbedingungen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse sind zur Übersicht anhand der simulierten Entwicklungen der global gemittelten bodennahen Temperatur in Abbildung 2 dargestellt. In der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts unterscheiden sich die Temperaturkurven für die Szenarien deutlich voneinander; so wird für das Jahr 2100 ein Anstieg zwischen etwa einem und vier Grad (im Vergleich zur Referenzperiode 1995-2014) projiziert.

Der Teil der CMIP6-Daten, die im IPCC AR6 verwendet werden, wird für die langfristige Nachnutzung (z.B. durch die Klimafolgen- und Anpassungsforschung) ins IPCC-AR6-Referenzdatenarchiv des IPCC Data Distribution Centre (DDC) am DKRZ überführt (Stockhause et al., 2019). Darüber hinaus werden Datenrichtlinien für das IPCC weiterentwickelt mit dem Ziel, die Transparenz, Nachvollziehbarkeit und Nachnutzbarkeit von IPCC-Ergebnissen zu verbessern.

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Literatur: