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Klimaszenarien

Methoden und Erkenntnisse

Klimaszenarien berechnen, wie sich die Temperaturen, CO₂-Emissionen und der Wasserspiegel in den nächsten Jahrzehnten verändern werden. Doch ob es nun 1,1 oder 6,4 Grad wärmer am Ende des 21. Jahrhunderts werden wird – das kommt ganz auf das Szenario und deren Annahmen an. Die Modelle sind ebenso vielfältig wie die Zukunftsszenarien.

Klimamodellierung und Klimamodelle

Die Klimaforschung ist in den letzten Jahren wie nie zuvor in das öffentliche Interesse gerückt. Den Klimawandel und die Zusammenhänge zwischen seinen Auswirkungen zu verstehen, ist eine der größten wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. Mit Hilfe von Computersimulationen lassen sich die zukünftige Klimaerwärmung und ihre weitere Entwicklung in unterschiedlichen Szenarien abbilden. Eine zentrale Bedeutung in der Klimaforschung kommt deswegen den Klimamodellen zu.

Klimamodelle beinhalten die wichtigsten Elemente des Klimasystems und versuchen dessen komplexe Wechselwirkungen vereinfacht – basierend auf bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten – darzustellen. Diese Rechenmodelle beziehen die einzelnen Komponenten des Systems Klima und ihre Wechselwirkungen – in unterschiedlichem Umfang – ein.

Um die Klimaerwärmung zu prognostizieren, sind mehrere Teilmodelle notwendig. Jedes einzelne deckt bestimmte Aspekte bzw. Teilsysteme ab. Hierbei existiert eine bestimmte Modellhierarchie: Sie erstreckt sich von einfachen Energie-Bilanz-Modellen (Berechnung der Temperatur in Bodennähe) bis hin zu dreidimensional gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modellen, die Aussagen über die geografische Verteilung der Erwärmung ermöglichen.

Um realitätsnah zu modellieren, sollten möglichst viele Komponenten des Klimasystems berücksichtigt werden. Dank der gestiegenen Leistungsfähigkeit von Computern können immer komplexere Modelle berechnet werden. Für die zentralen Elemente des Klimasystems – Atmosphäre, Ozeane, Meereis und Landoberflächen – liegen entsprechende Modelle vor, die auch miteinander gekoppelt werden können.

Mit komplexen Modellen des Klimas können je nach Zielsetzung und Festlegung der entsprechenden Annahmen die Temperaturverteilung in der Atmosphäre und dem Ozean, die Windverteilung, die Meeresströmung wie auch die Reaktion des Klimasystems auf die Entwicklung der Treibhausgaskonzentration berechnet werden.

Nicht vergessen darf man, dass Klimamodelle immer vereinfachte Abbilder der Realität sind, daher bleiben bei den Berechnungen zahlreiche Unsicherheiten bestehen. Dies sind z.B.:

• Entwicklungstrends lassen sich nur zum Teil genau abschätzen, denn zukünftige Technologie-, Konsum- und Energieverbrauchstrends sind von vielen - miteinander systemisch verbundenen - Faktoren bestimmt.
• Ein weiterer Unsicherheitsfaktor resultiert aus den immer noch unzureichenden Kenntnissen über das Klimasystem. Viele Zusammenhänge, bzw. deren Dynamik werden noch nicht ausreichend erforscht. Dies betrifft insbesondere Rückkopplungsprozesse, die in diesem System stattfinden und ihre Dynamik.
• Auch die bisher begrenzte Leistungsfähigkeit erlaubt nur eine stark komplexitätsreduzierte Modellierung.

Trotz dieser Unsicherheitsfaktoren sind die Klimamodelle und die auf ihrer Basis entwickelten Szenarien des möglichen Verlaufs des Klimawandels zu einer wichtigen Grundlage des politischen Entscheidungsprozesses geworden. Sie verdeutlichen die möglichen Konsequenzen heutiger nicht-zukunftsfähiger Produktions- und Konsummuster. Darüber hinaus verbessern sie das Wissen und Verstehen des Klimawandels und dessen mögliche Auswirkungen.

Von der Klimamodellierung zu Klimaszenarien

Die Klimamodelle sind die Grundlage für so genannte Klimaszenarien, mit denen eine konkretere Einschätzung der künftigen Klimaentwicklung und der Begleitumstände verdeutlicht werden sollen.

Klimaszenarien sind Entwürfe anhand derer man zukünftige Entwicklungen der für den anthropogenen Klimawandel relevanten Faktoren ablesen kann; also den vom Menschen verursachten Klimawandel durch die Emissionen der Treibhausgase. Szenarien sind ebenfalls Modellrechnungen, in denen bestimmte Zielwerte vorgegeben und Annahmen getroffen werden. Zum Beispiel kann man das Volumen von CO₂-Emissionen in einem bestimmten Zeitraum berechnen. In einer solchen Modellrechnung lässt sich ermitteln, mit welchen Voraussetzungen bestimmte Zielvorgaben, z.B. Reduzierung von CO₂ um den Betrag X, erreicht werden könnte. Klimaszenarien helfen zudem, mit Zukunftsentwürfen zu experimentieren und mögliche Entwicklungen vorab einschätzen zu können. Damit können mögliche Risiken minimiert werden sowie vorsorgeorientiert gedacht und gehandelt werden. Derzeit konzentrieren sich die wichtigsten Klimaszenarien auf den zukünftigen Verlauf der Emissionen der Treibhausgase.

Wichtig ist zu wissen, dass Szenarien – anders als Prognosen – nicht vorhersagen können, was in Zukunft passieren wird, sondern unterschiedliche Möglichkeiten dessen aufzeigen, was geschehen könnte. Der aus dem Griechischen entlehnte Begriff Prognose bedeutet soviel wie "Vorwissen" und verweist entsprechend auf die Vorhersage einer Entwicklung, eines Zustandes oder eines Ereignisses. Die Szenarien bilden insofern die Ausgangsbasis, um Prognosen über künftige Entwicklungen anstellen zu können.

Ergebnisse der internationalen Klimamodellierungsaktivitäten: SRES-Szenarien (2001 und 2007)

Die Grundlage der aktuellen wissenschaftlichen Diskussion um den weiteren Verlauf des Klimawandels bilden die so genannten SRES-Szenarien (Special Report on Emission Scenarios), die sich auf zukünftige Emissionen der Treibhausgase beziehen. Sie wurden in dem dritten Wissensstandsbericht des Weltklimarates vom 2001 vorgestellt.

Insgesamt wurden 40 so genannte SRES-Szenarien entwickelt, die in vier Szenarienfamilien gruppiert wurden: A1 – A2 – B1 – B2. Den Szenarienfamilien liegt eine Koppelung unterschiedlicher sozioökonomischer Ausgangsannahmen zugrunde. Wichtige Einflüsse auf die sozioökonomischen Infrastrukturen haben etwa die Anzahl der auf dem Planeten lebenden Menschen, der Umgang mit Energie und Ressourcen und die technologische Entwicklung. Bei den Szenarienfamilien werden diese Einflussgrößen miteinander kombiniert, weil man davon ausgeht, dass sie wahrscheinlich für die zukünftige Emissionsentwicklung verantwortlich sind.

Jedem dieser Szenarien liegt eine andere Vorstellung einer zukünftigen Welt zugrunde. Beispielsweise beschreibt die A1-Szenariofamilie eine Welt mit sehr hohem Wirtschaftswachstum und rascher Entwicklung neuer effizienter Technologien, und die B2- Szenario-Familie geht von einer Welt mit einem Wirtschaftswachstum auf einem mittleren Niveau aus.

Charakterisierung der Szenarien

Die A1-Szenarien-Familie beschreibt eine zukünftige Welt mit anhaltend hohem Wirtschaftswachstum, einem schnellen technologischen Fortschritt und eine bis etwa 2050 wachsende Weltbevölkerung. Diese Szenarien gehen davon aus, dass Regionen zusammenwachsen werden. Die A1-Szenarien-Familie teilt sich in drei Gruppen auf, die sich in ihrer technologischen Hauptstoßrichtung unterscheiden:

• fossil-intensiv (A1FI),
• nichtfossile Energiequellen (A1T),
• ausgewogene Nutzung aller Quellen (A1B).

Die A2-Szenarien-Familie beschreibt eine sehr heterogene Welt mit einer wachsenden Bevölkerung. Die Grundthemen sind Autarkie und Bewahrung lokaler Identitäten. Die wirtschaftliche Entwicklung ist vorwiegend regional orientiert und das Pro-Kopf-Wirtschaftswachstum und technologische Veränderungen sind langsamer als in anderen Szenarien.

Die B1-Szenarien-Familie beschreibt eine sich näher kommende Welt und legt die gleichen Bevölkerungstrends wie in der A1-Szenariofamilie zugrunde. Diese Szenarien sehen eine rasche Strukturänderung in der Wirtschaft in Richtung Dienstleistungs- und Informationswirtschaft, bei gleichzeitigem Rückgang des Materialverbrauchs und Einführung von sauberen und ressourcen-effizienten Technologien aus. Das Schwergewicht liegt auf globalen Lösungen für eine wirtschaftliche, soziale und umweltgerechte Nachhaltigkeit, einschließlich erhöhter sozialer Gerechtigkeit, aber – wie bei allen SRES-Szenarien – ohne zusätzliche Klima-Initiativen.

Die B2-Szenarien-Familie beschreibt eine Welt mit Schwerpunkt auf lokalen Lösungen für eine wirtschaftliche, soziale und umweltgerechte Nachhaltigkeit. Es ist eine Welt mit einer stetig, jedoch langsamer als in A2 ansteigenden Weltbevölkerung, wirtschaftlicher Entwicklung auf mittlerem Niveau und weniger raschem, dafür vielfältigerem technologischen Fortschritt als in den B1- und A1-Modellen. Obwohl das Szenario auch auf Umweltschutz und soziale Gerechtigkeit ausgerichtet ist, liegt der Schwerpunkt auf der lokalen und regionalen Ebene.

Kohlendioxidemissionen in verschiedenen Szenarien

Die Szenarien B1 und A1T erweisen sich als besonders günstig für das Klima, da sie den geringsten Ausstoß an Kohlendioxid-Emissionen hervorrufen. Diese Modellrechnung unterstreicht unter anderem die Bedeutung von klimafreundlichen Technologien, der Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien und insgesamt der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen und Energie.

Es ist wichtig zu betonen, dass alle Klimamodellsimulationen unabhängig von den vorgegebenen Emissionsszenarien einen Temperaturanstieg in den kommenden Jahrzehnten zeigen. Die Höhe dieses Anstiegs hängt jedoch vom Emissionsszenario ab: Im B-1 Szenario liegt die Bandbreite bei 1,1 bis 2-9 Grad Celsius im A1F1-Szenario bei 2,4 bis 6,4 Grad Celsius. Aber egal, welches Szenario man als Grundlage wählt, fest steht ebenfalls: Selbst im Falle einer sofortigen Reduzierung der Treibhausgase auf das Niveau des Jahres 2000 würde die Erdtemperatur sich um 0,6 Grad Celsius gegenüber dem Ende des 20. Jahrhunderts erhöhen.

Der in den Szenarien absehbare Anstieg der Temperatur wirkt auf ein weiteres Phänomen, das nach den Modellberechnungen eintreten wird: der Anstieg des Meeresspiegels. Hier liegen die Szenariowerte ziemlich weit auseinander. Man geht von 0,18 bis 0,38 Meter im B1-Szenario und von 0,21 bis 0,59 Meter im A1F1-Szenario (IPCC 2007) aus.

Post-SRES-Szenarien – ausgewählte Ergebnisse

Diese SRES-Szenarien beschreiben die zukünftige Entwicklung der Treibhausemissionen unter der Annahme, dass keine politischen Maßnahmen in dem Bereich des Klimaschutzes unternommen werden. Von daher werden sie auch passive Referenzszenarien genannt.

In so genannten Post-SRES-Szenarien, die in einer späteren Forschungsphase entwickelt wurden, geht es darum, die Auswirkungen alternativer Klimapolitiken darzustellen. Hier interessiert, wie sich ein Szenario verändern könnte, wenn zum Beispiel die CO₂-Emissionen auf einem bestimmten Niveau stabilisiert würden. Post-SRES-Szenarien nennt man deshalb auch Stabilisierungsszenarien.

Als Referenzrechnungen für diese Stabilisierungszenarien wurden die Szenariogruppen A1F1, A1B, A1T, B1 und B2 gewählt. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

• Die Unterschiede zwischen den Szenarien in Bezug auf die erforderliche Reduzierung der Treibhausgase sind in den ersten Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts sehr groß. Über den gesamten Zeitraum (bis 2100) kommen die Modelle zu ähnlichen Ergebnissen bezüglich der proportionalen Reduzierung der Emissionen im Vergleich zu dem Referenzszenario.
• Die höchste Reduzierung von CO₂-Emissionen wäre in der A2-Szenariogruppe notwendig (75-80 Prozent).
• Die Kosten des Klimaschutzes sind bei gegebenem Stabilisierungsniveau je nach Referenzszenario sehr unterschiedlich: Am höchsten sind sie für die A2-Gruppe und am niedrigsten für B1 geschätzt (bei der Annahme des Stabilisierungsniveau von 550 ppm (part per million) CO₂-Konzentration in der Atmosphäre).
• Die durchschnittliche Reduzierung des Bruttosozialproduktes infolge des Klimawandels ist bei allen analysierten Szenarien und bei allen Stabilisierungsniveaus von CO₂ am niedrigsten im Jahr 2020 (0,99 Prozent), es erreicht einen maximalen Wert im Jahr 2050 und sinkt 2100 auf 1,3 Prozent.

Klimaszenarien: Grundlage für Maßnahmenkatalog

Klimaszenarien sind eine unverzichtbare wissenschaftliche Grundlage in der Diskussion über Maßnahmen, die den Klimawandel in seinen Auswirkungen reduzieren könnten. Die Szenarien bringen wichtige Erkenntnisse über den Einfluss verschiedener Faktoren auf die steigenden Treibhausgasemissionen in verschiedenen Regionen. Auf diese Weise können die regional-spezifischen Probleme identifiziert und passgenaue Vorsorgemaßnahmen getroffen werden.

Literatur

Bundesministerium für Naturschutz, Umwelt und Reaktorsicherheit (2007): 4. Sachstandsbericht (AR4) des IPCC (2007) über Klimaänderung. Wissenschaftliche Grundlagen: Kurzzusammenfassung: »www.bmu.de«


Latif, Mojib (2007): Bringen wir das Klima aus dem Takt? Hintergründe und Prognosen, S. Fischer Verlag, Frankfurt am Main.