WarmWorld: Neues Klimamodell hilft, Wetter realistischer zu simulieren und regional bessere Klimaprojektionen zu erstellen

Professor Stevens, Sie betreiben seit Jahren Wolkenforschung. Was fasziniert Sie persönlich so an Wolken?
Sie sind schön und bedrohlich, solide und doch vergänglich. Nur wenige Dinge, die ich mir vorstellen kann, verkörpern solch fundamentale Widersprüche, sind so alltäglich und werden doch so wenig verstanden. Das ist es, was mich an Wolken fasziniert und was mein Interesse daran weckt, sie und ihre Verbindung zu unserer Welt etwas besser zu verstehen.

In Ihrer Forschung im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme WarmWorld untersuchen Sie die Wirkung von Aerosolen und Wolkenbildung auf das Klimasystem. Bedingen sich Wolken und Klima gegenseitig?
Ja, Wolken und Aerosole (Partikel in der Luft) sind Teil desselben Ganzen, beide sind Dispersionen (Gemische) von Partikeln. Der Unterschied besteht darin, dass die Partikel, aus denen sich die Wolken zusammensetzen, zwar oft einen Aerosolkeim enthalten, aber größtenteils aus flüssigem oder festem Wasser (Eis) bestehen und dann schnell zu Partikeln in Niederschlagsgröße anwachsen können, wenn die Luft aufsteigt und wassergesättigt wird. Das Aerosol ist passiver und reagiert weniger stark auf Luftbewegungen. Obwohl es die Wolkenbildung beeinflusst, ist dieser Einfluss nicht primär (wie viele Menschen denken), wenn auch immer noch faszinierend.

Wie wirken sich Wolken auf die Energiebilanz der Erde aus?
Im Durchschnitt kühlen die Wolken die Erde ab. Diese Nettokühlung entsteht jedoch nur durch das Ungleichgewicht zweier gegensätzlicher Kräfte. Die eine ist der Treibhauseffekt der Wolken, der die Oberfläche erwärmt, die andere ist der sogenannte Albedo-Effekt (Maß für das Rückstrahlvermögen eines Körpers), der die Oberfläche abkühlt. Wolken erwärmen auch die Atmosphäre, was zu Zirkulationen führt, und sie beeinflussen, wie die Oberfläche auf den Strahlungsantrieb reagiert.

Sie arbeiten mit neuen Hochleistungsrechnern (HPC). Weshalb ist deren Leistung so wichtig für regionale Klimaprojektionen?
Das Klima der Erde entsteht aus dem komplexen Zusammenspiel grundlegender Kräfte. Diese Kräfte und die ihnen zugrundeliegenden Gesetze sind gut verstanden, aber schwer zu berechnen, da sie in einem riesigen Bereich von Raum und Zeitskalen wirken. Mit Computern können wir diese Effekte berechnen. Je größer der Computer ist, desto mehr dieser Effekte können wir berechnen und desto weniger müssen wir sie mit anderen Mitteln darstellen, das heißt, auf der Grundlage unsicherer statistischer oder empirischer Beziehungen.

Was wollen Sie mit den Ergebnissen der BMBF-Fördermaßnahme WarmWorld erreichen und verbessern?
Ich hoffe, dass wir mit WarmWorld beginnen können, die größten Computer der Welt zu nutzen, um die Auswirkungen der globalen Erwärmung besser vorhersagen zu können. Die meisten Klimaberechnungen liegen 10-20 Jahre hinter dem Stand der Technik zurück. Mit WarmWorld hoffen wir, die neuen Möglichkeiten des Hochleistungsrechnens effizient ausnutzen zu können. Das Klimamodell soll schneller, besser und einfacher zu betreiben sein – und das unabhängig von der Recheninfrastruktur. Ziel ist es, globale ozeanische und atmosphärische gekoppelte Zirkulationssysteme auf Kilometerskalen aufzulösen. Dann können wir damit beginnen, die größten Maschinen zur Lösung einiger der größten Probleme der Menschheit zu nutzen.

WarmWorld soll auch auf die Earth Virtualization Engines (EVE) einzahlen. Am 3. Juli 2023 eröffnen Sie die Konferenz „Berlin Summit for EVE". Dieser Berliner Gipfel wird Forschende aus der ganzen Welt zusammenbringen, um einen Entwurf für eine internationale digitale Infrastruktur zu erarbeiten. Wie könnten sich dadurch die Klimaprognosen verbessern?
Wir wissen, dass sich die Erdoberfläche erwärmt, warum, und was erforderlich ist, um diese Erwärmung einzudämmen. Was wir nicht wissen, ist, was die Erwärmung in irgendeinem praktisch nützlichen Sinne bedeutet. Bedeutet sie trockenere Sommer oder mehr Überschwemmungen oder beides, und für wen? Bedeutet sie die drastischen Veränderungen, die die Gesellschaft bedrohen, wie einige Nachrichtenartikel glauben machen wollen? Viele Menschen wären überrascht, wie wenig wir wissen und wie sehr dies vernünftige Maßnahmen zum Schutz gefährdeter Gemeinschaften und Interessen vor den unvermeidlichen Folgen der Erwärmung, die wir bereits spüren und die noch kommen werden, behindert.

Professor Stevens, wir danken Ihnen für das Gespräch.