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Verbesserte Modelle für das Weltklima

Die numerische Simulation ist ein leistungsstarkes analytisches Werkzeug, das seit dem Erscheinen der Mikrocomputer-Technologie einem größeren Anwenderkreis zugänglich ist. Wissenschaftler im italienischen Gemeinschaftsforschungszentrum haben durch die Anwendung numerischer Simulationsverfahren neue Maßstäbe in der Entwicklung von Modellen für das Weltklima gesetzt.
Verbesserte Modelle für das Weltklima
In den zwanziger Jahren machte Lewis Fry Richardson den Vorschlag, Wettervorhersagen mit Hilfe einer 'Vorhersage-Fabrik' zu erstellen, die er sich als einen Raum voller Mathematiker vorstellte, von denen jeder eine Vielzahl von Berechnungen für die ihm zugewiesene Region der Erde durchführen sollte. Bekanntlich wurde die Vision von Richardson niemals realisiert, da die Mathematiker die für eine zuverlässige Vorhersage erforderlichen Berechnungen nicht schnell genug durchführen konnten. Inzwischen haben Computer den Mathematikern viel Arbeit abgenommen, so dass heute verlässlich Wettervorhersagen über Zeiträume von mehreren Tagen möglich sind.

Numerische Modelle werden allerdings für viele andere Zwecke als nur zur Vorhersage des Wetters von morgen eingesetzt; so kommen sie beispielsweise bei der Analyse des Weltklimas oder langfristiger Wetterabläufe zur Anwendung. In letzter Zeit konzentriert sich das Interesse der Wissenschaft auf die möglichen Einflüsse menschlicher Aktivitäten auf das Klima der Erde, und hier besonders auf die Auswirkungen der Treibhausgasemissionen auf die Erwärmung der Atmosphäre. Erst kürzlich fanden Wissenschaftler heraus, dass die kühlende Wirkung von Luftschwebstoffen (Aerosolen), die die von der Sonne eintreffende Strahlung ins All reflektieren, die globale Erwärmung kompensieren könnte. Einige Aerosole sind auf Aktivitäten des Menschen zurückzuführen, während andere natürlichen Ursprungs sind, so z.B. Dimethylsulfid oder kurz DMS.

DMS wird in großen Mengen von Algen produziert, die in den Weltmeeren leben. Diese Substanz wird in die Atmosphäre abgegeben und dort in einer Reihe von komplizierten chemischen Reaktionen in ein Sulfataerosol umgewandelt, das zur globalen Abkühlung beiträgt. Welche Größenordnung dieser Effekt hat, war bislang unklar, da die detaillierte Multiphasen-DMS-Chemie bislang nicht in Modelle zur Simulation des Weltklimas einbezogen wurde. Forscher der Gemeinsamen Forschungsstelle (GFS - Joint Research Centre) haben diesen komplexen Mechanismus jedoch kürzlich in ein globales Modell einbezogen.

Das von der GFS entwickelte Modell berücksichtigt die gasförmige und wässerige Phase der DMS-Chemie sowie Interaktionen zwischen den beiden Phasen, die alle für eine realistische Simulation von DMS in der Atmosphäre benötigt werden. Ein weiteres wichtiges Merkmal des Modells ist der Monte-Carlo-Treiber, der eine globale Empfindlichkeitsanalyse gestattet. Diese Komponente ist von entscheidender Bedeutung für die Anwendung des Modells auf mögliche unterschiedliche Szenarien in der Zukunft.

Das Modell wurde anhand von praktisch durchgeführten DMS-Messungen und ihren Oxidationsprodukten verifiziert, wobei es sich für die Simulation der Verhältnisse von DMS und DMS-Nebenprodukten nach ihrer Freisetzung in die Atmosphäre als gut geeignet erwiesen hat. Die Ergebnisse werden von großem Nutzen für die Spezialisten sein, die sich mit der Simulation des Weltklimas beschäftigen und sich dabei um die Klärung der Wechselwirkungen zwischen globaler Erwärmung und Abkühlung bemühen, um so der Politik geeignete Leitlinien an die Hand zu geben.

Die Entwickler des Modells möchten ihre Forschungsarbeiten fortführen, um ihr Verständnis für die Auswirkungen von DMS auf das Weltklima zu vertiefen und noch präzisere Simulationen zu erreichen. Weitere Informationen über das Modell sind z.B. erhältlich in: Campolongo, Saltelli, Jensen, Wilson and Hjorth (1999), Journal of Atmospheric Chemistry, Bd. 32, S. 327-356, und DOMAC SCA-Schlussbericht (2000), EUR 19567.
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