Hintergrund Klimaszenarien

Klimaszenarien werden mithilfe von Klimamodellen und Annahmen zum zukünftigen Ausstoss an Treibhausgasen erstellt. Für die Schweiz mit ihrer komplexen Topographie ist wichtig, dass Modelle mit einer hohen Auflösung verwendet werden. Trotzdem können kleinräumige Prozesse nicht vollständig abgebildet werden, was zu Unsicherheiten führen kann. Unsicherheiten ergeben sich auch aus der Tatsache, dass natürliche Schwankungen die durch die Treibhausgase ausgelösten Veränderungen überlagern können.

Der zukünftige Zustand des Schweizer Klimas wird einerseits von globalen Trends beeinflusst, anderseits spielen regionale und lokale Faktoren eine wichtige Rolle. Um die verschiedenen Einflussfaktoren in der Erstellung von regionalen Klimaszenarien zu berücksichtigen, beruft man sich auf Simulationen von Klimamodellen. Vordefinierte Entwicklungspfade zum Treibhausgas-Ausstoss (Emissionsszenarien) und deren Konzentrationen in der Atmosphäre dienen dabei als eine der Randbedingungen für die zukünftigen Projektionen.

Projektionen mittels Klimamodellen

Klimamodelle basieren im Wesentlichen auf den gleichen mathematisch-physikalischen Gleichungen wie Wettervorhersagemodelle. Zusätzlich werden aber weitere wichtige Komponenten des Klimasystems einbezogen, etwa Ozeane, Meereis und Landoberfläche, und an die Atmosphäre gekoppelt. Durch Lösung der atmosphärischen Gleichungen an den einzelnen Gitterpunkten, die in einem globalen Modell ein Gitternetz um den gesamten Globus spannen, wird der atmosphärische Zustand des nächsten Zeitschritts bestimmt. Typisch für globale Modelle sind Zeitschritte von 10-30 Minuten. Das heisst, dass für eine Simulation über 100 Jahre rund zwei Millionen Zeitschritte gerechnet werden müssen.

Regionale Modelle mit höherer Auflösung

Die Abstände zwischen den einzelnen Gitterpunkten definieren die Auflösung eines Klimamodells. Aufgrund begrenzter Rechenkapazitäten beträgt diese in globalen Modellen typischerweise 100-300 km. Für ein Gebiet wie die Schweiz mit komplexer Topographie ist eine solche Auflösung oft zu grobmaschig, um lokale Prozesse abzubilden. Deshalb kommen regionale Klimamodelle zum Einsatz. Diese Modelle werden zwar nur über einem begrenzten Gebiet (etwa Europa) angewandt, weisen dafür aber eine viel höhere Auflösung auf, typischerweise 10-50 km. An den Rändern des Simulationsgebiets werden die regionalen Klimamodelle von globalen Modellen angetrieben.

Trotz dieser relativ hohen Auflösung können kleinräumige Effekte nicht explizit aufgelöst werden, beispielsweise der Einfluss der Gebirgstopographie auf Windströme, lokale Austauschprozesse zwischen dem Boden und der Atmosphäre oder auch der lokale Einfluss von Wolken auf die Strahlung. Diese Effekte müssen auf der Basis empirischer Daten vereinfacht beschrieben werden. Die Art dieser Beschreibung variiert von Modell zu Modell und ist eine der Hauptursachen, weshalb unterschiedliche Modelle unterschiedliche Klimaprojektionen liefern. Um diese Art von Unsicherheit zu berücksichtigen, werden typischerweise mehrere regionale und globale Klimamodelle gemeinsam evaluiert.

Natürliche Schwankungen

Klimaänderungen können aber auch natürlicher Art sein. Gerade für ein kleines Gebiet wie die Schweiz und für Zeiträume in naher Zukunft (erste Hälfte des 21. Jahrhunderts) spielen natürliche langfristige Klimaschwankungen eine wesentliche Rolle. Diese Variationen können so über mehrere Dekaden auch langfristige Tendenzen überlagern, beispielsweise jene durch veränderte Treibhausgasemissionen. Ausgelöst werden sie beispielsweise durch langsame Variationen in der atlantischen Meeresoberflächentemperatur und damit einhergehenden atmosphärischen Zirkulationsänderungen über dem europäischen Kontinent. Die Schweizer Klimaszenarien berücksichtigen explizit die Unsicherheiten, die sich aus solchen natürlichen Schwankungen ergeben.

Angaben der Unsicherheiten

Die Temperatur- und Niederschlagsänderung für die verschiedenen Emissionsszenarien sind mit Unsicherheiten behaftet. Die farbigen Balken in den Grafiken repräsentieren eine Vielzahl von Änderungswerten, ihre genaue Lage wird mit Hilfe einer statistischen Analyse eruiert. Die Verlässlichkeit dieser Unsicherheitsschätzung wird aus verschiedenen Gründen aber nach wie vor als gering eingestuft. So sind zum Beispiel fundamentale Annahmen zu Modellfehlern unerlässlich. Die Unsicherheitsbalken können deshalb nicht mit einer Wahrscheinlichkeitsangabe versehen werden. Stattdessen werden für jeden Unsicherheitsbalken drei plausible Änderungswerte abgeleitet: eine untere Schätzung (unterer Rand des Balkens), mittlere Schätzung (schwarze Linie) und obere Schätzung (oberer Rand des Balkens).

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