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Zwei Grad Celsius noch. Höher darf die Erderwärmung nicht ausfallen. Auf diese Leitmarke haben sich Klimaforscher weltweit geeinigt. Bleibt der Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur innerhalb der zwei Striche, lassen sich die schlimmsten Folgen vermeiden und ein großer Teil der arktischen Polkappe und der Eismassen um Grönland wäre wohl vor dem Abschmelzen zu retten, vermuten die Wissenschaftler. „Aber das sind natürlich nur Annäherungen“, schränkt Holger Göttel vom Max-Planck-Institut (MPI) für Meteorologie in Hamburg ein.
Dabei stützt sich die Klimaforschung auf ausgeklügelte Modelle, in die eine Reihe physikalischer Vorgänge einfließen, wie Göttel erläutert: „Für globale Klimamodelle legt man mehrere virtuelle Netze übereinander, um den Globus, um die jeweiligen atmosphärischen Schichten abzudecken.“ Im Abstand von etwa 250 Kilometern liegen die Netzpunkte, an denen Temperatur, Luftdruck, Wind, Niederschlag und der Anteil der wichtigsten Gase in der Luft gemessen werden. Jede Stunde werden die Daten abgerufen und gespeichert. Anschließend wird berechnet, wie sich die Faktoren ändern, wenn die Konzentration des Kohlendioxids in der Atmosphäre weiter steigt. Und das ist für die kommenden zwei, drei Jahrzehnte selbst bei einer radikalen Energiewende vorgezeichnet.
„Um möglichst robuste Informationen zu erhalten, legt man auch noch Modelle, die von unterschiedlichen Entwicklungen ausgehen, übereinander“, so Göttel. Aus optimistischen, konservativen und pessimistischen Szenarien lasse sich ein Mittel errechnen, das „annähernd wiedergibt, mit welchen Auswirkungen wir rechnen müssen“.

Feuchtere Winter. So aussagekräftig globale Berechnungen sind, so ergibt sich daraus noch so gut wie nichts über den Schneefall in den Alpen, die Sonnenstunden an Nordsee und Adria oder die Niederschläge in den Mittelgebirgen. Um zu detaillierten Aussagen zu kommen, entschlossen sich 1993 das MPI in Hamburg und das deutsche Umweltbundesamt zu einer Langzeitprognose der regionalen Klimaentwicklung in Deutschland, Österreich und der Schweiz, wobei die Netzpunkte aber nicht 250 Kilometer auseinanderliegen, sondern das Netz in sehr viel feinere Kästchen von zehn mal zehn Kilometer eingeteilt wurde.
Der durchaus kontrovers diskutierten Studie zufolge wird die künftige Erwärmung im Bereich der Voralpen und Alpen überdurchschnittlich ausfallen. Im Sommer ist im Südwesten und Nordosten Deutschlands mit geringeren Niederschlägen zu rechnen. Die Winter dürften in allen drei Ländern feuchter werden, wobei die Niederschläge durch die steigenden Temperaturen eher als Regen denn als Schnee fallen.

Großforschungsgebiet. Die Klimamodelle wurden in den letzten zwanzig Jahren stetig verfeinert. Nach und nach sind Einflüsse wie Bodenbewuchs, Luftverschmutzung und Meeresströmungen in die Berechnungen einbezogen worden. An einschlägigen Veröffentlichungen sind heute oft ein Dutzend und mehr Wissenschaftler mit unterschiedlicher Expertise bis hin zum Informatiker beteiligt. Nicht zuletzt haben steigende Rechenkapazitäten die Klimaforschung vorangebracht. Weil sich Klimaberechnungen schwer in Einzelaufgaben unterteilen lassen, zählen sie zu den wichtigsten Einsatzgebieten für Großcomputer.
Wettersatelliten dienen zwar in erster Linie den Vorhersagediensten, liefern aber auch der Klimaforschung Daten in immer vielfältigerer Art und höherer Auflösung. Einen großen Schritt voran verspricht „MetOp“, dessen Start am 7. Oktober bevorsteht. Als erster europäischer Satellit soll er nicht geostationär in 36.000 Kilometern Abstand, sondern auf einer polaren Umlaufbahn in 800 Kilometern Höhe um die Erde kreisen. Mit an Bord werden neuartige Messinstrumente sein, die mittels Infrarotstrahlen Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre erfassen. „MetOp“ wird Daten aus den von anderen Satelliten vernachlässigten Polarregionen liefern. Von besonderem Interesse für die Klimaforschung sind die erstmals in diesem Maßstab möglichen Messungen der Bodenfeuchtigkeit und der Winde an der Meeresoberfläche.

Rätselhafte Ozeane. Die Erfassung der Meere ist eine der größten Hürden in der Klimamodellierung. Um mehr über das Geschehen in den Ozeanen zu erfahren, sind 2500 Driftkörper auf offener See ausgesetzt worden. Diese Unterwasserbojen sinken in bis zu 2000 Meter Tiefe ab und messen dabei Temperatur, Salzgehalt und die Bewegung der Wasserschichten. „Das gibt uns aber immer noch keine Informationen, was mit dem Wasser unter den Eisdecken passiert“, bedauert Eberhard Fahrbach, Ozeanograf vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven. Denn noch müssen die Driftkörper regelmäßig auftauchen, um ihre Lage peilen und die gemessenen Daten an Landstationen übermitteln zu können.
Wurden die Ozeane und die Atmosphäre früher als nahezu unabhängige Teile des Klimasystems betrachtet, so ist nun klar, dass sie ganz empfindlich miteinander interagieren. Einer der wichtigsten Temperaturregler für Europa steckt mitten im Atlantik: der Golfstrom und seine Ausläufer. Er zieht aus der Karibik entlang der nordamerikanischen Küste, wobei er vor Neufundland in Richtung Osten dreht und in die Nordatlantikströmung übergeht, die bis nach Europa reicht.
„Der Golfstrom trägt das warme Wasser aus den Tropen in die kühleren Regionen bis in die Arktis“, erklärt Fahrbach. Die Atmosphäre nimmt die Wärme aus dem Wasser auf und bewirkt durch die Westwinde ein verhältnismäßig mildes Klima in Nordwesteuropa. In der Labradorsee, der Grönlandsee und der Norwegischen See kühlt das Wasser ab und sinkt in die Tiefe, wo es zurück in den Süden strömt. Vergleichbare Strömungen gibt es auch in den Meeren rund um die Antarktis. Diese das Weltklima bestimmenden Umwälzungen lassen sich anhand der räumlichen Verteilung von Temperatur, Salzgehalt und im Wasser gelösten Substanzen verfolgen. Aus Ablagerungen am Meeresboden ist bekannt, dass sich diese Zirkulation in der Vergangenheit immer wieder verändert hat.
Steigen die Temperaturen oberhalb der Meeresoberfläche, wird das Wasser nicht mehr ausreichend abgekühlt. Schmilzt durch die Erwärmung auch noch das Festlandeis auf Grönland, nimmt der Süßwassergehalt zu. Kann das kalte Wasser aber nicht mehr in ausreichendem Maße absinken, droht der Nordatlantikstrom südlich von Island abzureißen. Daran mag Fahrbach wenigstens für die nächsten hundert Jahre zwar nicht glauben, aber außer Acht lassen dürfe man diese Gefahr nicht.

Reich der Rückkopplungen. Schmilzt die Eisdecke auf den Ozeanen, gibt es einen Effekt, der zusätzlich zur Erderwärmung beiträgt. „Das helle Eis reflektiert die Strahlung der Sonne, während der dunkle Ozean sie absorbiert“, so Eberhard Fahrbach. Willkommen im Reich der Rückkopplungen, die das Geschäft der Klimaprognosen nochmals erheblich erschweren.
Im Mai warnten Marten Scheffer, Victor Brovkin und Peter Cox, dass die bisherigen Modelle zwar die Wirkung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre auf die Erdtemperatur berücksichtigen, nicht aber die Rückwirkung der Erdtemperatur auf das Treibhausgas. Aus dem Abgleich mit Eisbohrkerndaten aus der „kleinen Eiszeit“ zwischen dem 16. und 18. Jahrhundert, als neben der Temperatur auch die Konzentration des Kohlendioxids sank, leiteten die drei Klimaforscher ab, dass die Erwärmung um mindestens 15 Prozent unterschätzt werde.
Rückkopplungen müssen einander aber nicht verstärken, sondern können auch entgegengesetzt wirken. „Wenn die Forste durch die Erwärmung schneller wachsen, nehmen sie mehr Kohlendioxid auf“, so Joseph Alcamo, Umweltsystemforscher an der Uni Kassel, „aber wie gut oder schlecht, realistisch oder unsinnig unsere Berechnungen dabei sind, können wir noch nicht abschätzen.“