Gastbeitrag zur Klimaforschung

Intelligente Modelle machen Wolken berechenbar

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Jörn Behrens

Professor Jörn Behrens vom KlimaCampus berichtet von den Problemen der Klimaforschung, Wolken in Klimamodelle zu fassen.

Hamburg. Die Klimaforschung ist einer der wissenschaftlichen Leuchttürme Hamburgs. 17 Uni-Institute, das Max-Planck-Institut für Meteorologie und das Institut für Küstenforschung des Geesthachter Forschungszentrums GKSS haben sich zum KlimaCampus zusammengeschlossen. Einer der Wissenschaftler präsentiert einmal im Monat für Abendblatt-Leser und abendblatt.de-Nutzer neueste Forschungen. Diesmal berichtet Professor Jörn Behrens:

Menschen beobachten Wolken seit Jahrtausenden: Künstler, Landwirte, Seeleute, Meteorologen. Dennoch ist es für uns Klimaforscher nach wie vor schwierig, Wolken in unseren Berechnungen exakt abzubilden. Dabei spielen Wolken eine wichtige Rolle im Klimasystem - und beeinflussen, je nachdem wo sie sich befinden, den Treibhauseffekt.

Wolken in Bodennähe verhindern beispielsweise die Rückstrahlung von Wärme in höhere Luftschichten und halten so die Erde warm. Dabei heizen sich die enthaltenen Wassertropfen auf, und die Wolke steigt höher. Weiter oben am Rande der Troposphäre wirken die Wolken dann wie ein Spiegel: Ein Großteil der Sonnenstrahlung wird an der Wolkendecke reflektiert und gelangt erst gar nicht auf die Erde - der Treibhauseffekt verringert sich.

Um die Auf- und Abwärtsbewegungen sowie das komplexe System von Wolkenbildung und -auflösung zu erfassen, arbeiten wir am KlimaCampus zurzeit an einer neuen Generation von Rechenmodellen. Unsere Ergebnisse zeigen: Es bringt wenig, akribisch die eher gleichförmige Wolkenmasse zu untersuchen - die wirklich wichtigen Prozesse spielen sich an den Rändern ab. Hier verformt sich die Wolke, breitet sich aus, und es entscheidet sich, ob aus den Mikrotröpfchen ein aufsteigender "Amboss" wird oder ob es bei einer flachen Wolke bleibt.

Hier muss das Modell besonders genau sein, während wir an anderer Stelle mit weniger Rechenwerten auskommen. Warum das wichtig ist? Nun, trotz modernster Superrechner kosten komplexe Klimaberechnungen noch immer sehr viel Zeit. Manchmal dauert es Monate, bis ein bestimmtes Ergebnis vorliegt. Zudem sind viele Wolken, insbesondere lokale Gewitterzellen, kleiner als die maximale Auflösung der zur Verfügung stehenden Rechenmodelle.

Bisher wurden für die Dichte der Wolkendecke gezwungenermaßen Mittelwerte angesetzt. Doch lokal sieht es womöglich ganz anders aus. Etwa wie beim Autofahren im Nebel: Obwohl die mittlere Sichtweite laut Wetterbericht bei 50 Metern liegt, sind einzelne Streckenabschnitte völlig ungefährlich, während sich in der Nähe feuchter Wiesen häufig dichte Schlieren bilden. Auch Wolken verteilen sich keineswegs gleichmäßig, sondern sind dort am dichtesten, wo Boden und Luft am wärmsten und am feuchtesten sind.

Wir wollen "intelligente" Modelle schaffen, die in den wichtigen Randbereichen engmaschig rechnen und in unwichtigeren Bereichen gröber auflösen - und dabei selbsttätig der Bewegung der Wolken folgen. Gelingt es uns, dieses knifflige mathematische Problem zu lösen, wäre dies ein echter Qualitätssprung.

Die Klimaforschung ist einer der wissenschaftlichen Leuchttürme Hamburgs. 17 Uni-Institute, das Max-Planck-Institut für Meteorologie und das Institut für Küstenforschung des Geesthachter Forschungszentrums GKSS haben sich zum KlimaCampus zusammengeschlossen. Einer der Wissenschaftler präsentiert den Abendblatt-Lesern einmal im Monat neueste Forschungen. Heute berichtet Prof. Jörn Behrens, der keinem Institut angehört, sondern übergeordnet am KlimaCampus arbeitet, von den Problemen, Wolken in Klimamodelle zu fassen.

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