Aktion 7: Globale Klimamodellierung verbessern

Wo stehen wir?

Globale Klimamodelle, die die klimarelevanten Prozesse für die gesamte Erde abbilden, gibt es bereits seit den späten 1950er-Jahren. Anfangs stand die Beschreibung der grundlegenden Prozesse in der Atmosphäre im Vordergrund. Erst in den letzten drei Jahrzehnten ist es gelungen, durch die Kopplung von Atmosphärenmodellen mit Ozean-, Landoberflächen- und Meereismodellen weitere wichtige Einflüsse auf das Klima zu berücksichtigen. Ozeanmodelle beispielsweise simulieren Meeresströmungen, die gigantische Mengen Wärme transportieren und ein Schlüsselfaktor für das Verständnis von Klimaänderungen sind. Die Nachbildung des Klimasystems und seiner Komponenten bleibt auch in den kommenden Jahren eine zentrale Aufgabe für die Forschung.

Wo liegt der Forschungsbedarf?

Damit die Forschung künftige Klimaänderungen besser prognostizieren kann, muss die räumliche Auflösung globaler Klimamodelle erhöht werden, und zwar etwa um zwei Größenordnungen von rund 100 Kilometern auf bis zu rund einen Kilometer. Dafür gilt es, neue Instrumente der Künstlichen Intelligenz (KI) zu nutzen, etwa in den Bereichen Parametrisierung, Downscaling sowie dem vollständigen Screening riesiger Datenfelder. Für die Effizienzsteigerung und Reduzierung von Rechenzeit ist es zudem wichtig, dass die Forschung stärker auf modularisierte Modellsysteme setzt. Diese erlauben ein breiteres Nutzungsspektrum, effektivere Anpassungen an neue Rechnersysteme und spezifische Fragestellungen sowie ein einheitliches Qualitätsmanagement.

Umsetzungsschritte und Meilensteine

• Die Entwicklung eines hochaufgelösten globalen Klimamodells wird ein zentraler Baustein der in Planung befindlichen Nationalen Modellierungsstrategie (NMS) sein. Mit der NMS setzen wir uns gemeinsam mit der institutionellen Forschung dafür ein, dass die Modellierung als Beratungsinstrument professionalisiert wird. Auf der Grundlage des Konzepts zur NMS werden wir ab 2021 insbesondere eine stärkere Arbeitsteilung bei der Modellentwicklung auf den Weg bringen. Diese soll zu mehr programmtechnischen Standardisierungen, mehr modularisierten Modellsystemen und einer effizienteren Modellpflege führen.
• Ab 2021 legen wir einen Förderschwerpunkt auf die Weiterentwicklung der hochaufgelösten Klimamodellierung unter Einsatz innovativer KI-Elemente.
• Ab 2020 setzen wir die Untersuchungen zur Klimadynamik auf geologischen Zeitskalen mithilfe von Modellstudien zum Paläoklima fort. Damit kann die Belastbarkeit von Klimaprojektionen besser abgeschätzt werden.