Kompetenz qualifizierter Vorhersagen

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Nature: Jahrzehnte währendes Klima berechenbarer als bisher angenommen

Es besteht wachsender Bedarf an qualifizierten Vorhersagen über das Klima bis zu einem Jahrzehnt im Voraus. Über Jahrzehnte gehende Klimavorhersagen zeigen hohe Kompetenz für die Oberflächentemperatur, aber das Vertrauen in Prognosen von Niederschlag und Luftzirkulation ist viel geringer. Forschern aus Großbritannien, den USA, Spanien, Kanada und Deutschland zufolge zeigen jüngste Fortschritte bei der saisonalen und jährlichen Vorhersage, dass der Störabstand in Klimamodellen zu klein sein kann, was ein sehr großes Ensemble erfordert, um das vorhersehbare Signal zu extrahieren. Die Experten bewerten in ihren in einem Artikel in Nature Climate and Atmospheric Science veröffentlichten Ergebnissen die jahrzehntelange Vorhersagekompetenz mit einem viel größeren Ensemble als bisher verfügbar und zeigen signifikante Fähigkeiten für Niederschläge über die Land- und Luftzirkulation sowie die Oberflächentemperatur.

Regen – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Sie schlagen ferner einen leistungsfähigeren Ansatz vor, als dies bisher der Fall war, um den Nutzen der Initialisierung anhand von Beobachtungen zu bewerten und so unser Verständnis der Quellen der Fähigkeiten zu verbessern. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Jahrzehnte währende Klima berechenbarer ist als bisher angenommen und der Gesellschaft helfen wird, sich auf die anhaltenden Klimaschwankungen und -veränderungen vorzubereiten und sich darauf einzustellen.

Deutlicher Mangel an Klimamodellen, der dringend behoben werden muss

Die Ergebnisse zeigen, dass das sogenannte Signal-Rausch-Paradoxon, in dem das kleine vorhersagbare Signal in Klimamodell-Ensembles mit ihrem hohen Grad an Übereinstimmung mit Beobachtungen unvereinbar ist, in multimodalen dekadischen Vorhersagen weit verbreitet ist, insbesondere für Niederschläge und mittleren Meeresspiegeldruck. Dies zeigt einen deutlichen Mangel an Klimamodellen, der dringend behoben werden muss. Es bietet aber auch die Möglichkeit, mit bestehenden Modellen geschickte Prognosen zu machen, indem man das Signal aus dem Mittelwert eines sehr großen Ensembles extrahiert und seine Varianz anpasst. Mit einem größeren Multi-Modell-Ensemble als bisher verfügbar, zeigen wir eine signifikante dekadische Vorhersagefähigkeit für Niederschlag und atmosphärische Zirkulation zusätzlich zur Oberflächentemperatur.

Das Verständnis der Quellen der Qualifikation ist wichtig, um Unsicherheiten in den Prognosen zu verringern. Die Forscher schlagen einen neuen Ansatz für die Diagnose der Auswirkungen der Initialisierung vor, der leistungsfähiger ist als die bisher verwendeten. Dies zeigt erhebliche Vorteile der Initialisierung, auch für die Temperatur in Europa, die Niederschläge im Sahel und den Druck im Nordatlantik.

Die Gesamtfähigkeitsmuster für Temperatur, Niederschlag und Druck werden jedoch weitgehend durch die nicht initialisierten Simulationen erfasst (vgl. Abb.: a, c, e), und Verbesserungen durch die Initialisierung treten im Allgemeinen in Regionen auf, in denen die nicht initialisierten Simulationen bereits über eine gewisse Kompetenz verfügen. Dies könnte entstehen, denn:

  1. verbesserte Qualifikation ergibt sich aus der Vorhersage der internen Variabilität in Regionen, in denen es eine extern erzwungene Reaktion gibt;
  2. die extern erzwungene Qualifikation in diesen Regionen ist weitgehend zufällig und die Fähigkeit zu initialisierten Vorhersagen ergibt sich hauptsächlich aus der internen Variabilität;
  3. die Variabilität ist überwiegend extern erzwungen und die verbesserte Qualifikation ergibt sich aus der Korrektur der modellierten Reaktion auf externe Faktoren.

Die erste Situation wird insbesondere dann erwartet, wenn es sich um einen langfristigen Trend handelt, der durch langsame Schwankungen der Treibhausgase verursacht wird. Nicht initialisierte Simulationen erfassen jedoch auch Aspekte der Variabilität um den linearen Trend und verdeutlichen die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der Rollen anderer externer Faktoren, einschließlich Sonnenvariationen und vulkanischer und anthropogener Aerosole.

Qualifikationsniveau insgesamt ermutigend 

Die Forscher zeigen, dass dekadische Vorhersagen in der Lage sind, viele Aspekte regionaler Veränderungen zu erfassen, einschließlich Niederschlägen über Land und in der Atmosphäre sowie der Oberflächentemperatur. Es gebe auch mehrere Unterschiede zwischen den Prognosen und Beobachtungen, und es bedürfe weiterer Arbeiten, um festzustellen, ob diese auf nicht vorhergesagte interne Variabilität, falsche Reaktionen auf externe Faktoren oder Artefakte der Initialisierung zurückzuführen sind. Dennoch sei das Qualifikationsniveau insgesamt ermutigend und unterstütze die jüngste Einrichtung von operativen dekadischen Klimavorhersagen, die von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) bestätigt wurde und auf dem informellen Prognoseaustausch aufbaut, der seit 2010 läuft.

Der Beitrag des Decadal Climate Prediction Project zu CMIP6 wird auch laufende Prognosen mit verbesserten Modellen und einem noch größeren Multi-Modell-Ensemble als hier verwendet liefern. Das World Climate Research Program (WCRP) Grand Challenge on Near Term Climate Prediction hat kürzlich die Argumente für operative Dekadenvorhersagen dargelegt, einschließlich eines jährlichen bis dekadischen Klima-Updates, das jedes Jahr als wichtiger erster Schritt zu operativen Dienstleistungen erstellt wird. Solche Informationen versprechen einen Nutzen für die Gesellschaft, indem sie die Vorbereitung auf und die Anpassung an kurzfristige Klimaschwankungen und -veränderungen fördern.

->Quellen: