Zwischen der kurzfristigen Wettervorhersage, die bestenfalls eine, höchstens zwei Wochen in die Zukunft schauen kann – mit wachsender Unsicherheit, je weiter sie blickt –, und den Klimaprognosen klafft eine große Lücke für eine mittelfristige Vorhersage. Gerade solche Prognosen sind aber für Wirtschaft, Medizin und Politik sehr wichtig. „Denken Sie nur an den Energiesektor: Brauchen wir mehr oder weniger Windkraft- und Solaranlagen, und wenn mehr, wo? Wieviel Energie wird wann wo erzeugt?“, sagt Ulrich Cubasch, Professor für Meteorologie an der Freien Universität Berlin. Zusammen mit vielen Kollegen schließt er gerade die erste Phase des Projekts „Mittelfristige Klimaprognosen“ (MiKlip) ab. Es soll die Machbarkeit von Vorhersagen für die nächsten zehn Jahre erforschen.

Zwei der fünf Forschungsbereiche des vom Bundesforschungsministerium mit 20 Millionen Euro finanzierten Projektes werden an der Freien Universität koordiniert. Dort arbeiten mehr als ein Dutzend Forscher an MiKlip. „Natürlich werden wir nie sagen können, wie warm es an einem bestimmten Tag im Jahr 2025 ist, und ob dann die Sonne scheint oder es regnet“, sagt Cubasch, „aber wir können sagen, um wie viel Grad es im Durchschnitt wärmer wird, wie sich die Niederschlagsgebiete verschieben, und wir können die Veränderungen des Golfstroms prognostizieren.“ Die Nachfrage nach solchen Prognosen sei groß, versichert Cubasch, der auch Mitglied im Weltklimarat der Vereinten Nationen ist. Versicherungen etwa passen ihre Prämien an die Wahrscheinlichkeit von großen Stürmen oder starkem Regen an. Landwirte wollen wissen, ob sie künftig besser Pflanzen anbauen, bei denen es mehr auf Dürreresistenz als auf Winterhärte ankommt. Reedereien wüssten gern, wann die Arktis wo schiffbar ist, Krankenhäuser müssen sich möglicherweise auf Hitzeperioden und die damit verbundenen Kreislaufprobleme einstellen.

Unzähligen Sensoren in den Ozeanen helfen bei der Wettervorhersage

Um eine gute Zehn-Jahres-Prognose, auch „dekadische Vorhersage“ genannt, erstellen zu können, entwickelten die Forscher ein mathematisches Modell, das mit sehr vielen Daten gefüttert wird. Die Daten stammen von Wetterballons, Satellitenbildern und unzähligen Sensoren, vor allem in den Ozeanen. Dort schwimmen mittlerweile sehr viele Bojen. Auch solche, die tauchen, unter Wasser Strömungen und Temperaturen messen, dann in regelmäßigen Abständen emporkommen und ihre Ergebnisse an Satelliten senden. Auch viele Handelsschiffe erstellen Messungen, die zu dem riesigen Datensatz beitragen, auf den die Klimaforscher zugreifen können. Am Ende der ersten Projektphase ist das Modell fertig, die Software weit fortgeschritten.

„Wir haben zum Test zurückliegende Jahre durchgerechnet, etwa die Zeit von 1961 bis 2013, und die Ergebnisse stimmten mit der Realität sehr gut überein“, sagt Ulrich Cubasch. Die Forscher haben dabei viel gelernt, insbesondere, wie wichtig die Ozeane für eine zutreffende Prognose sind. Erst seit etwa zehn Jahren sind genügend Daten und eine ausreichende Rechenleistung verfügbar, um die Ozeane einbeziehen zu können, sagt er. Seither habe die Entwicklung von Prognosemodellen einen Sprung gemacht. Die zweite MiKlip-Phase soll zu einem Prototyp führen, den der Deutsche Wetterdienst, der schon während der Forschung involviert ist, für Prognosen nutzen kann. Die Forschungsergebnisse würden veröffentlicht, aber wegen des immensen Rechenaufwandes werde wohl nur der Wetterdienst die Programme betreiben, sagt Cubasch. „Eine Versicherung oder ein Landwirtschaftsbetrieb werden sich diesen Aufwand nicht leisten wollen oder können, diese nutzen lieber die Prognosen der Dienste.“ Dort habe sich gezeigt, dass das El-Niño-Phänomen, eine Veränderung der Meeresströmungen im Pazifik, unmittelbar bevorstehe: Das kann zum Beispiel zu starkem Regen an der Westküste Nordamerikas und zu Dürren in Nord-Australien und Indonesien führen.

Vom Ozean in die Stratosphäre

Dass die großflächige Erfassung der Ozeantemperaturen ein Segen für die Klimawissenschaft ist, bestätigt auch Ulrike Langematz. Die Meteorologie-Professorin der Freien Universität beschäftigt sich mit Atmosphärendynamik und ist als Sprecherin führend an einem Projekt mehrerer Universitäten zur Rolle der Stratosphäre beteiligt. Das ist jene Luftschicht zwischen 15 und 50 Kilometern über der Erde, in der sich auch das Ozonloch regelmäßig auftut. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierte Projekt mit dem Titel SHARP (Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction) widmet sich Veränderungsprozessen der Stratosphäre. Dank der Erweiterung eines Klima-Chemiemodells mit einem Ozeanmodell kann in SHARP nun ein Modell eingesetzt werden, das sämtliche Wechselwirkungen der Ozonschicht mit dem Klima und den Ozeanen berücksichtigt. Doch ist die Ozonschicht überhaupt klimarelevant? Zumindest hat das Ozonloch als Thema in der Öffentlichkeit an Relevanz verloren. Ulrike Langematz wägt ihre Antwort genau ab. Das Ozonloch habe durchaus Auswirkungen auf das Klima, aber diese seien lokal begrenzt. Die früher in Deosprays und Kühlschränken verwendeten Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) sammelten sich in der Stratosphäre an und bewirkten dort einen Abbau des Ozons. Aufgrund von Strömungen in dieser Luftschicht und der besonderen Kälte über der Antarktis im Winter tut sich das Ozonloch vor allem über der Südhalbkugel der Erde auf. Da die Ozonschicht eine natürliche Barriere für die UV-Strahlung ist, bedeutet ihre Ausdünnung auch ein Gesundheitsrisiko auf der Südhalbkugel – insbesondere hinsichtlich der Entstehung von Hautkrebs. Daher sei die dünne Ozonschicht etwa in Australien und Neuseeland durchaus noch ein Thema und verändere das Klima dort im Sommer nachweislich. So hat nach Erkenntnissen der SHARP-Forscher das Ozonloch den antarktischen Kontinent abgekühlt und stärkere Westwinde und eine stärkere Meeresströmung bewirkt.

Wie lange wird sich das Ozonloch halten?

Doch bis das Thema Ozonloch keines mehr ist, wird es noch dauern. „FCKW sind sehr langlebig. Die Ozonschicht über der Nordhalbkugel wird sich erst zwischen den Jahren 2023 bis 2031 wieder auf den Wert von 1980 erholt haben“, sagt Ulrike Langematz. Für die Südhalbkugel rechnen die Forscher mit einem Zeitraum zwischen 2046 und 2057. Erst dann wird dort das Ozonloch nicht mehr klaffen. „Die Wiederherstellung der Ozonschicht ist dennoch eine Erfolgsgeschichte“, sagt die Meteorologin. Da gebe es keinen Zweifel. Die Weltgemeinschaft habe nach ersten alarmierenden Berichten 1980 schnell und geschlossen reagiert und im sogenannten Montreal-Protokoll und den Folgeabkommen FCKW verbannt. Seit Beginn dieses Jahrhunderts erholt sich die Ozonschicht langsam, aber stetig. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts wird es in der Stratosphäre sogar mehr Ozon geben als im Referenzjahr 1980. Ob das eine gute Nachricht ist, kann die Meteorologin nicht sagen, denn noch ist unklar, welche Auswirkungen eine dann geringere Ultraviolettstrahlung auf das Klima hat. Alles in allem kann Ulrike Langematz aber gute Nachrichten überbringen – durchaus eine Seltenheit für Klimaforscher. „Allein im Jahr 2010 konnte durch die Abnahme der jährlichen Emissionen von ozonzerstörenden Substanzen ein Schaden durch die Zunahme an Treibhausgasen verhindert werden, der dem von zehn Gigatonnen Kohlendioxid entspricht. Das ist keine Kleinigkeit“, sagt Langematz. Den Klimawandel mag diese Entwicklung etwas abschwächen, aufhalten kann sie ihn nicht. Das Klima der Erde hat sich bereits verändert, und der Treibhauseffekt nimmt weiter zu.

Wie sich die unmittelbaren Folgen vor allem in Städten mildern lassen, das erforscht Sahar Sodoudi, Professorin für Stadtklima an der Freien Universität. Zwar sind nur rund drei Prozent der Erde mit Städten bebaut, doch kommt aus ihnen der größte Beitrag zur Erderwärmung. „Auch wenn der Treibhauseffekt überall spürbar ist, er wird vor allem in den Städten verursacht“, sagt Sodoudi. Ein weiteres Problem: Städte sind sogenannte Wärmeinseln, die oft 7 bis 10, manchmal sogar bis zu 14 Grad wärmer sind als ihre Umgebung. Das hat viele Gründe: Durch den hohen Grad der Bodenversiegelung und die dichte Bebauung kann sich Wärme in Städten aufstauen, insbesondere an windarmen, wolkenlosen Tagen. Vor allem nachts wird diese Wärme wieder abgegeben – in die Atmosphäre, wo sie zu einer zusätzlichen Erwärmung neben dem Treibhauseffekt führt.

Bäume, Rabatten, Gründächer: Sie alle wirken wie Hitzeschilder

Eine Patentlösung zum Abbau dieses Wärmeinsel- Effekts gebe es nicht, sagt die Forscherin, denn jede Stadt sei anders. Aber es gebe städtebauliche Maßnahmen, die den Effekt zumindest verkleinern könnten. Dazu gehörten vor allem Grünflächen, und zwar möglichst viele und möglichst über den gesamten Stadtraum verteilt. „Jeder Baum, jeder grüne Hinterhof zählt“, sagt Sahar Sodoudi. Auch seien viele kleine Parks besser als ein großer, zentral gelegener. So wirke sich etwa das große Tempelhofer Feld in Sachen Stadtklima auf das nur rund fünf Kilometer südwestlich gelegene Steglitz schon nicht mehr aus. Parks sind kleine Kälte-Inseln, sie nehmen tagsüber nicht so viel Wärme auf und geben deshalb nachts weniger ab als bebaute Flächen. Gerade in dicht bewaldeten Parks ist es oft kühler als zwischen Häusern. Doch sie müssen auch intensiv gepflegt werden: „Nicht bewässerter Rasen etwa kann heißer werden als Asphalt“, sagt die Forscherin. Grundsätzlich sei alles Grüne aber gut: begrünte Fassaden, Gründächer, Bäume, Rabatten. Sie alle wirkten als Hitzeschilde, Feinstaubfilter und effektive Dämmung. Auch reflektieren weiße Wände mehr Strahlung als graue und nehmen somit weniger Wärme auf. Um die Temperaturen in Städten dauerhaft zu senken, bedarf es allerdings weiterer Maßnahmen, die nicht so schnell umsetzbar sind. Nötig wären Passiv häuser, die keine Energie benötigen, oder besser noch Plus-Energie-Häuser, die selbst Energie ins Stromnetz einspeisen. Wichtig sei es auch, die Städte nicht zu dicht zu bebauen, um Wege für Kaltluftbahnen freizuhalten. Sahar Sodoudi plädiert deswegen eher für die Bebauung an Stadträndern als für die Nachverdichtung in den Zentren. Wo Städte neu entstehen, sollte darauf geachtet werden, dass alle wichtigen Einrichtungen möglichst zentral liegen, damit sie mit wenigen Verkehrswegen erreicht werden können. Und natürlich seien öffentlicher Nahverkehr, Elektromobilität und das Fahrrad um Längen besser als konventioneller Autoverkehr.

Gut für das Stadtklima: Berlin besteht zu 44 Prozent aus Grünflächen

Auch mit Berlin haben sich Sahar Sodoudi und ihre Kollegen sehr intensiv beschäftigt, es lag im Wortsinn nahe. Dabei ist die deutsche Hauptstadt vergleichsweise luxuriös mit Grünflächen ausgestattet. Rund 44 Prozent der Stadtfläche bestehen aus Parks, Gärten und anderen Grünflächen. In ihrem aktuellen Projekt LOCLIM 3 (Local climate change in 3 cities) vergleicht die Forscherin drei Megacitys mit mehr als zehn Millionen Einwohnern: Kairo, Istanbul und Nairobi. Dort sind die Probleme wesentlich größer. Es wird dort im Sommer wesentlich heißer als in Berlin – 42 Grad sind in Kairo keine Seltenheit. Durch den Klimawandel werden sich die Hitzewellen mit all ihren Folgen für die Gesundheit der Bewohner noch verstärken und häufiger auftreten. Grünflächen gibt es kaum. Die drei Städte untersucht Sodoudi mit ihren Kollegen anhand eines speziell für die Bestimmung des Stadteffekts entwickelten Modells und versucht, Vorschläge zu machen, wie sich der Wärmeinseleffekt reduzieren lässt.

Feucht-heißes Klima begünstigt das Ausbreiten von Krankheiten

Gerade für die Gesundheit der Bewohner sei eine Senkung der Temperaturen in Städten essenziell, betont Sodoudi. Schließlich belaste große Hitze nicht nur Herz und Kreislauf. Ein feucht-heißes Klima begünstige auch die Ausbreitung von ansteckenden Krankheiten. Wie viel von ihren Empfehlungen umgesetzt wird, darauf hat die Meteorologin allerdings wenig Einfluss: In Kairo sei der Handlungsdruck groß, Wirtschaft, Politik und Gesellschaft zögen an einem Strang. Für Nairobi sei sie weniger optimistisch, sagft Sodoudi. „Das Entscheidende ist der Dialog zwischen Wissenschaft, Politik, Verwaltung, Öffentlichkeit und Wirtschaft. Alle müssen miteinander reden, damit wir Schadenspotenziale berechnen und verringern können“, fasst Sodoudi zusammen. Denn auch wenn niemand je sagen können wird, welches Wetter genau in zehn Jahren herrscht, und auch wenn sich das Ozonloch schließt, so ist doch eines gewiss: Es wird wärmer.

Prof. Dr. Ulrich Cubasch

Ulrich Cubasch, Direktor des Meteorologischen Instituts der Freien Universität Berlin, leitet dort die AG Modellierung des Klimasystems, Fachrichtung Wechselwirkung im Klimasystem der Erde. Seit 1990 wirkt er an allen Berichten des „International Panel for Climate Change“ mit und wurde als Teil des Teams 2007 mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet. Mit Klimamodellen kann Ulrich Cubasch das Klimageschehen für die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft errechnen. Seine Forschungsschwerpunkte sind unter anderem Klimawandel, dessen Folgen sowie weitreichende Klimaprognosen.

Kontakt

Freie Universität Berlin
Institut für Meteorologie
E-Mail: cubasch@zedat.fu-berlin.de

Prof. Dr. Sahar Sodoudi

„Das ist die Berliner Luft, Luft, Luft“ heißt es in einem berühmten Gassenhauer. Wie es um diese Luft aber tatsächlich bestellt ist und warum Berlin ein vergleichsweise gutes Klima hat, das weiß Sahar Sodoudi. Sie ist seit Mai 2013 Juniorprofessorin am Institut für Meteorologie der Freien Universität Berlin und untersucht anhand verschiedener Klimamodelle, wie Gebäude, Bäume, Sträucher und Freiflächen das Mikroklima beeinflussen und wie sich diese Änderungen auf die Gesundheit auswirken.

Kontakt
Freie Universität Berlin
Institut für Meteorologie,
AG Stadtklima und Gesundheit

E-Mail: sodoudi@zedat.fu-berlin.de

Prof. Dr. Ulrike Langematz

Ulrike Langematz ist Professorin an der Freien Universität und beschäftigt sich mit Atmosphärendynamik. Sie ist Sprecherin der DFG-Forschergruppe SHARP (Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction) und unter anderem am Forschungsprogramm MiKlip (Mittelfristige Klimaprognose) beteiligt. Die Arbeitsschwerpunkte der Meteorologin sind Ozonforschung, der Klimawandel, und die Klimamodellierung mit Fokus auf Stratosphäre und Sonneneinfluss.

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Freie Universität Berlin
Institut für Meteorologie
E-Mail: ulrike.langematz@met.fu-berlin.de