Reanalyse früherer Klimadaten als Schlüsselfaktor für das Verständnis künftiger Klimaveränderungen

Riesige Datenmengen über das Klima im 20. Jahrhundert könnten eine entscheidende Rolle dabei spielen, die Zukunft des Klimawandels zu verstehen. Forscher haben neue Instrumente entwickelt und historische Daten neu bearbeitet, um genauere Erkenntnisse über die bisherige Klimaentwicklung zu ermöglichen. Dies wiederum soll zum Verständnis der künftigen Klimaentwicklung beitragen.

Klimawandel und Umwelt

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Um solide Maßnahmen zur Abschwächung des Klimawandels für die Zukunft zu entwickeln, ist es von zentraler Bedeutung, die Vergangenheit zu untersuchen und den Verlauf der bisherigen Klimaentwicklung zu verstehen. Ein wichtiger Ansatzpunkt dafür ist der Blick auf das 20. Jahrhundert – und dazu sind Daten nötig, die auf Beobachtungen von Atmosphäre, Land, Ozeanen und Meereis beruhen. Um das Klima des vergangenen Jahrhunderts zu verstehen, müssen außerdem gekoppelte Ozean-Land-Atmosphäre-Modelle und Assimilationssysteme entwickelt werden, die diese Daten verarbeiten können. Europa nimmt bei dieser Aufgabe mit zahlreichen konkreten Forschungsinitiativen eine federführende Rolle ein. Das von der Europäischen Union (EU) finanzierte Projekt ERA-CLIM2 (European Reanalysis of the Global Climate System) widmete sich dem Vorhaben, Daten aus Beobachtungen des vergangenen Jahrhunderts zusammenzutragen und auszuwerten. Die Forscher wollten die erfassten Daten digitalisieren und zur Nutzung in den vom Forschungsteam entwickelten Modellen aufbereiten. „Je weiter wir in der Zeit zurückgehen, desto geringer ist die Anzahl der Beobachtungen und desto ungenauer sind die Daten“, so Dr. Roberto Buizza, der Projektkoordinator von ERA-CLIM2. „Wir kombinieren sie daher mit unseren dreidimensionalen Erdmodellen, wobei wir gekoppelte Modelle einsetzen, die jeweils alle Prozesse in Ozean, Land und Atmosphäre simulieren.“ Mit den eigens entwickelten Modellen kann das Team von ERA-CLIM2 bereits anhand von sehr wenigen Beobachtungen das Klima in Regionen, aus denen nur sehr wenige oder gar keine Beobachtungen vorliegen, erfolgreich rekonstruieren. „Reanalysen sind als Informationsquelle über das Klima der Vergangenheit am besten geeignet, da sie alle verfügbaren Informationsquellen aus Beobachtungen und Modellen kombinieren“, erläutert Buizza. „Die zusammengetragenen Reanalysen-Ensembles, die im Rahmen von ERA-CLIM erstellt werden, erleichtern uns die Einschätzung von Unwägbarkeiten in historischen Klimadaten und bieten Erkenntnisse darüber, wie Unwägbarkeiten bei künftigen Klimaprojekten begegnet werden könnte.“ Verwirklichung der Projektziele Mit Entwicklungen in Bereichen wie der Rettung und Nachbearbeitung von historischen Beobachtungsdaten brachte ERA-CLIM2 die Reanalyse-Forschung weiter voran. Die Forscher unterstützten ein umfassendes Vorhaben zur Rettung von historischen in-situ-Wetterbeobachtungen aus der ganzen Welt sowie aufbereiteten Klimadatensätzen aus Satellitenaufzeichnungen. Das Team entwickelte und testete gekoppelte Assimilationsmethoden, die Beobachtungen aus den verschiedenen Erdsystemen, wie zum Beispiel dem Meereis, einbeziehen könnten. Diese Methoden dienten vor allem dem Ziel, eine konsistentere Bewertung der Entwicklung des Erdsystems (insbesondere auf der Erdoberfläche) zu erstellen. ERA-CLIM2 entwickelte die erste europäische gekoppelte Ozean-Land-Atmosphäre-Reanalyse des 20. Jahrhunderts, in der auch der Kohlenstoffverbrauch berücksichtigt wurde. Das Team lieferte wertvolle Erkenntnisse zum Verständnis ungekoppelter und gekoppelter Reanalysen. Auf dieser Grundlage konnten dir Forscher schließlich Methoden zur Einschätzung von Unwägbarkeiten in Reanalysen entwickeln. Drei Innovationen Erstens erstellte ERA-CLIM2 eine bislang einzigartige europäische gekoppelte Reanalyse des Erdsystems im 20. Jahrhundert. Die sogenannte CERA-20C bezieht Ozean, Meereis, Land und Atmosphäre ein. Das Team ging außerdem einen Schritt weiter und erstellte mit dem CERA-Assimilationssystem einen zweiten Datensatz (CERA-SAT), der eine höhere Auflösung bietet und einen rund zehnjährigen Zeitraum aus dem Satellitenzeitalter abdeckt. Zweitens zogen die Forscher das CERA-Assimilationssystem heran, um die Auswirkungen der Ozeanbeobachtungen auf die Temperaturmodelle der unteren Atmosphäre und umgekehrt einzuschätzen. „Obwohl Anfang des 20. Jahrhunderts nur äußerst selten Beobachtungen durchgeführt wurden, konnten wir dank dieser Methode genauere Datensätze erstellen“, merkt Buizza an. Die dritte Innovation des Teams war die Neubewertung der Unwägbarkeit der Reanalysedaten, die durch Ensemble-Methoden generiert wurde. Sowohl CERA-20C als auch CERA-SAT umfassten, statt nur einer Analyse, ein Ensemble aus gleich zehn Analysen. Somit war es den Forschern möglich, die Unwägbarkeiten der Beobachtungen und Modelle zu berücksichtigen und die Genauigkeit unserer Kenntnisse über Klimavariationen in der Vergangenheit zu beurteilen. Dieser neue Ansatz ist ein bedeutender Schritt im Hinblick auf ein profunderes Verständnis des Klimawandels, da ähnliche Methoden auch für Zukunftsprognosen geeignet sind. Blick nach vorne Das CERA-System wird für künftige Reanalysen von Daten dienen, wie zum Beispiel jenen, die vom Copernicus Climate Change Service (C3S) generiert werden sollen. Die vom ERA-CLIM2-Team geretteten und aufbereiteten Daten werden der gesamten Forschungsgemeinde zur Verfügung gestellt werden, um ihre Einbeziehung in künftige Reanalysen zu ermöglichen. „C3S ermöglicht die natürliche Fortsetzung vieler Aktivitäten, die im Rahmen des ERA-CLIM2-Projekts begonnen wurden, und damit letztlich auch ihre Weiterentwicklung zu dauerhaften operativen Diensten“, so Buizza.

Schlüsselbegriffe

ERA-CLIM2, Klimawandel, Ozean, Meereis, Klimamodelle, Klimadaten

European Reanalysis of the Global Climate System

Reanalyse früherer Klimadaten als Schlüsselfaktor für das Verständnis künftiger Klimaveränderungen

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