Die eigentliche Herausforderung für die Klimamodelle besteht in der realitätsnahen Beschreibung von Rückkopplungsmechanismen. So kann eine sich erwärmende Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnehmen. Dieser wirkt – ebenso wie CO2 – als Treibhausgas und führt zu einer weiteren Erwärmung. Man hat es mit einer positiven, das heißt verstärkenden Rückkopplung zu tun. Die Ausdehnung von Schnee- und Eisflächen wiederum beeinflusst nachhaltig, welcher Anteil des Sonnenlichts wieder ins All zurückgespiegelt wird. Eine Abnahme der Schnee- und Eisbedeckung durch steigende Temperaturen übt ebenfalls eine positive Rückkopplung aus.

Wolken © Stevens / MPI für Meteorologie

Unsicherheitsfaktor Wolken
Die entscheidende Unsicherheit besteht mit Blick auf das Verhalten von Wolken: Wie reagieren diese auf eine sich erwärmende Welt und wie beeinflussen sie die weitere Klimaentwicklung? Überwiegt ihr kühlender oder ihr erwärmender Einfluss auf das Klima? Hier zeigen sich die größten Unterschiede bei den Modellen. Insbesondere in den letzten Jahren haben Klimaforscher intensive Anstrengungen unternommen, um die Sensitivität des Klimasystems auf Änderungen im Gehalt an Treibhausgasen genauer zu bestimmen.

Spiel mit unterschiedlichen Sensitivitäten
Durch Fortschritte in der Computerleistung können inzwischen große Sätze von unterschiedlichen Klimamodellversionen durchgespielt werden - bis hin zu einigen 1.000 Simulationen pro Modell. Dabei nimmt man ein Klimamodell und verändert darin systematisch die noch unsicheren Parameterwerte, etwa Parameter, die bei der Berechnung der optischen Eigenschaften von Wolken verwendet werden.

So werden eine große Zahl verschiedener Modellversionen unterschiedlicher Sensitivität generiert: zum Beispiel solche, in denen Wolken sehr stark auf eine Änderung der Globaltemperatur reagieren und einen großen Wert der Klimasensitivität aufweisen, aber auch Modelle mit einer deutlich kleineren Sensitivität, bei denen Wolken eher geringe Änderungen zeigen. Die Kernfrage bleibt: Welches dieser Modelle eignet sich am besten, die tatsächliche Temperaturgeschichte der Vergangenheit zu erklären?

	Antarktischer Eisbohrkern © Chad Naughton / National Science Foundation

Blick in die Eiszeit
Insbesondere der Blick in die Jahrtausende zurückliegende Erdgeschichte ist hierbei aufschlussreich. Ganz unterschiedliche Klimaarchive ermöglichen inzwischen die Rekonstruktion weit zurückliegender Klimaänderungen. So erlauben beispielsweise Eisbohrkerne aus der Antarktis eine Entschlüsselung der Klimaentwicklung der vergangenen 700.000 Jahre. Die in den Eisbohrkernen enthaltenen Daten liefern Informationen über die Zusammensetzung der früheren Atmosphäre sowie der damals herrschenden antarktischen Temperaturen.

Als charakteristisches Muster zeigt sich eine wiederkehrende Abfolge von Warm- und Kaltzeiten, die durch die bekannten Erdbahnzyklen verursacht werden. Klimaforscher haben auch festgestellt, dass während der kältesten Phasen der Eiszeiten die Temperatur in der Antarktis um etwa zehn Grad Celsius unter den heutigen Werten lag; zugleich fielen die damaligen CO2-Konzentrationen deutlich niedriger aus.