CAP7 - Deutscher Beitrag zur Datenbasis für den nächsten Sachstandsbericht des Weltklimarats IPCC

Der Weltklimarat IPCC forscht nicht selbst, sondern trägt Wissen zusammen und bewertet es aus wissenschaftlicher Sicht. Die Auswertungen werden alle sechs bis sieben Jahre in einem Sachstandsbericht veröffentlicht. Für die IPCC-Arbeitsgruppe, die die naturwissenschaftlichen Grundlagen des Klimawandels behandelt, sind die Ergebnisse von Computersimulationen des Klimageschehens ein zentrales Element. Das Weltklimaforschungsprogramm (WCRP) organisiert für den IPCC mit dem „Coupled Model Intercomparison Project" (CMIP) internationale Vergleiche solcher Simulationen verschiedener Klimamodelle.

Ziel von CMIP ist es, die vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Klimaveränderungen anhand eines Multi-Modell Ansatzes besser zu verstehen und letztere verlässlicher vorhersagen zu können. Um Modellergebnisse vergleichen zu können, erarbeitet CMIP unter anderem Standards für Simulationen, Datenformate und Auswertealgorithmen. Dadurch bekommen Forschergruppen weltweit die Möglichkeit, ihre Erkenntnisse unmittelbar untereinander zu teilen, zu vergleichen und zu bewerten.

Deutsche Klimamodelle tragen zur Verbesserung der internationalen Modell-Vergleichsstudie CMIP7 bei

2024 ist diese Vergleichsstudie (CMIP7) in die siebte Phase gestartet. Deutschland beteiligt sich seit September 2024 an CMIP7 mit seinen neuesten Klimamodellen im Rahmen der Fördermaßnahme CAP7 (German Contribution to ClimAte Projections for CMIP7). Gefördert wird CAP7 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Das Ministerium ermöglicht damit wie bereits in der Vergangenheit (zum Beispiel bei CMIP6) einen signifikanten deutschen Beitrag zu den internationalen Aktivitäten.

Mit CAP7 sollen die aus Deutschland beteiligten Erdsystemmodelle weiter verbessert werden, damit dessen globale Klimaprojektionen noch verlässlicher werden. Damit stellen die Arbeiten in CAP7 solide Grundlagen für wissensbasierte Entscheidungen in der Nachhaltigkeitspolitik bereit und werden auch das Potenzial neuer (KI-)Methoden zur Verbesserung von Klimamodellierungen aufzeigen.

Die in CAP7 beteiligten Institutionen fokussieren sich in ihrer Arbeit auf vier Schwerpunkte:

• Durchführung von „Fast Track"-Experimenten – eine kompakte Auswahl von Experimenten, die speziell und in einem ambitionierten Zeitrahmen auf die Bedürfnisse des nächsten IPCC Sachstandsberichts (AR7) ausgerichtet ist. Diese werden mit den Erdsystemmodellen ICON-XPP und AWI-ESM3 durchgeführt, Deutschlands modernsten Klimamodellierungssystemen. Hier werden spezielle Simulationen im Rahmen von CMIP7 durchgeführt, die sich auf zukünftige Klimaszenarien basierend auf verschiedene sozioökonomische Entwicklungen und Emissionsszenarien konzentrieren. Diese Simulationen helfen, die Auswirkungen verschiedener politischer und wirtschaftlicher Entscheidungen auf das Klima zu verstehen.
• Weiterentwicklung und Anwendung des bereits bestehenden Tools zur Evaluierung von Erdsystemmodellen (Earth System Model Evaluation Tool, ESMVal-Tool), das einen wichtigen Beitrag zur Bewertung der Projektmodelle und des CMIP7-Ensembles leisten wird.
• Implementierung des Kohlenstoffkreislaufes in das Erdsystemmodell ICON XPP: So können zum ersten Mal emissionsgetriebene Klimaprojektionen durchgeführt werden, was die Genauigkeit und Nähe zur Realität der Simulationen erhöht.
• Entwicklung eines Prototyps eines hybriden ICON-XPP Modells, das mithilfe von maschinellem Lernen (ML) effektiver und schneller arbeitet. Dabei werden neu entwickelte ML-basierte Parametrisierungen wie zum Beispiel die Wolkenbedeckung oder Konvektion im globalen Modell implementiert und getestet. Anschließend werden mit diesem neuen Prototyp-Modell (ICON-XPP-ML) ausgewählte CMIP7 Simulationen durchgeführt und verglichen.

Die CAP7-Projektpartner:

• Deutscher Wetterdienst
• Max-Planck-Institut für Meteorologie
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
• Max-Planck-Institut für Biogeochemie
• Universität Hamburg
• Deutsches Klimarechenzentrum
• Alfred-Wegener-Institut

Das BMBF unterstützt das Verbundprojekt CAP7 von 2024 bis 2027 mit vier Millionen Euro.