Klimadaten aus Eis und Meer
Ein besseres Verständnis der Klimavariabilität hilft zu berechnen, wie hoch die Erderwärmung in kommenden Jahrzehnten ausfallen könnte. Andrew Dolman und sein Team am Alfred-Wegener-Institut (AWI) setzen auf komplexes Datenmaterial aus Meer und Eis.
Der „Klimawandel“ ist heute – und zwar aus gutem Grund – in den Schlagzeilen allgegenwärtig, deutlich weniger wird dagegen über die „Klimavariabilität“ gesprochen, die ebenfalls eine wichtige Rolle spielt, wenn wir die Bandbreite möglicher Extremereignisse im künftigen Klima erfassen wollen; sie kann außerdem dazu beitragen, die Klimarisiken für Gesellschaften überall auf der Welt in Zukunft besser in den Griff zu bekommen. Andrew Dolman und sein Team am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung AWI setzen auf Data Science, um sich ein klareres Bild von der Zukunft des Erdklimas zu verschaffen.
Wir wissen zum Beispiel, dass die Welt bald wärmer sein wird, aber die Klimavariabilität hilft uns vorherzusagen, um wie viel wärmer einzelne Jahrzehnte im Vergleich zum Durchschnitt ausfallen werden. Im Wesentlichen befasst sich die Klimavariabilität mit der Frage, wie Wetterelemente wie Temperatur, Niederschlag und Wind über einen bestimmten Zeitraum vom Durchschnittswert abweichen, und zwar jenseits einzelner Wetterstatistiken.
Das Forschungsteam Erdsystemdiagnose am Alfred-Wegener-Institut (AWI) Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung nutzt geologische Daten, statistische Prozesse und Klimamodelle, um die Klimavariabilität über lange Zeiträume – also Zeiträume von 10, 100 und 1000 Jahren – besser zu verstehen. „Dazu müssen wir in historischen Datensätzen nach Aufzeichnungen über das Klima der Vergangenheit suchen, diese reichen jedoch nur etwa 170 Jahre zurück“, erklärt Dolman, der sich seit jeher für Naturwissenschaften interessiert, vor allem für Ökologie und Natur.
„Wenn es um Zeiträume geht, die weiter zurückliegen, müssen wir uns Eisbohrkerne und Sedimentkerne vom Meeresboden ansehen. Winzige Meerestiere, die im Sediment konserviert sind, können uns etwas über das Klima der Vergangenheit verraten, weil sich das Verhältnis der Chemikalien in ihrer Schale abhängig von der Temperatur verändert hat. Durch die Bestimmung des Verhältnisses dieser Chemikalien in alten Schalen erhalten wir eine ‚Stellvertreter‘-Messung der Temperatur in der Vergangenheit.“
„Winzige Meerestiere, die im Sediment konserviert sind, können uns etwas über das Klima der Vergangenheit verraten, weil sich das Verhältnis der Chemikalien in ihrer Schale abhängig von der Temperatur verändert hat.“
Andrew Dolman, Forscher am AWI
Untersuchung der Klimavariabilität über längere Zeiträume
Dolman hat zwar Ökologie studiert, begann aber erst nach seiner Promotion, sich mit der Ökologie von Seen, Flüssen und Korallenriffen zu beschäftigen. Seit Beginn seiner Tätigkeit am AWI in Potsdam vor mehr als drei Jahren konzentriert er sich verstärkt darauf, was wir durch das Studium von Klimadaten, die aus Eisbohrungen und Meeressedimenten gewonnen werden, lernen können.
„Während sich anhand von Klimamodellen gut prognostizieren lässt, wie sich die Durchschnittstemperatur in Zukunft verändern wird, wenn wir weiterhin CO2 ausstoßen, sind sie weniger gut geeignet, die künftige Variabilität abzuschätzen, vor allem, wie groß die Unterschiede zwischen Jahrhunderten in der Zukunft sein werden“, sagt er. „Das liegt daran, dass wir nicht so viel darüber wissen, wie verschiedene Jahrhunderte in der Vergangenheit waren. Obwohl wir einige Daten haben, wird ihre Unsicherheit umso größer, je weiter man in die Vergangenheit zurückgeht.“
Meeresströmungen transportieren Wärme um den Erdball
Da 71 Prozent der Erde von Meeren bedeckt sind, spielen die Meeresströmungen eine wichtige Rolle für den Transport von Wärme um die Erde. Diese Wärme, so Dolman, wird an die Atmosphäre abgegeben und beeinflusst ebenso den Feuchtigkeitstransport, was sich wiederum auf die Bewölkung und die Niederschläge auswirkt. Selbst geringfügige Änderungen der Meerestemperaturen können sowohl das Klima als auch Wettermuster an Land verändern. Glücklicherweise gibt es recht umfassende Daten zur Meeresoberflächentemperatur (sea surface temperature – SST) aller Ozeane zu verschiedenen Zeitpunkten.
„Einer der Gründe dafür, dass die Meeresoberflächentemperatur einen so großen Einfluss auf unsere Forschung zur Klimavariabilität hat, ist, dass diese Temperatur am häufigsten gemessen wurde und wird – sowohl von uns heute als auch von Schiffen in der Vergangenheit, die bei ihren Fahrten über das Meer die Wassertemperatur aufzeichneten“, sagt Dolman. Uns liegen damit Daten in großer Menge vor, die in einem gigantischen virtuellen Netz verschiedene Zeiträume und Meere der Welt abdecken, wobei sich die Wissenschaftler bislang allerdings schwer damit tun festzustellen, wie tief sie ins Detail gehen können oder müssen, um größere Trends zu erkennen.
„Wir haben zwar für den Augenblick eine Lösung, aber die würden wir gern verbessern“, fügt Dolman hinzu. Mit Blick auf die Zukunft möchte das Forschungsteam Erdsystemdiagnose am AWI mit Datenwissenschaftlern und anderen Spezialisten zusammenarbeiten, um eine bessere Lösung zu finden und langfristig ein umfassenderes Verständnis der Klimavariabilität zu gewinnen.
Autorin: Charmaine Li
