Um sich auf extreme Hitzewellen auf der ganzen Welt vorzubereiten – insbesondere an Orten, die für kühle Sommer bekannt sind – könnten Klimasimulationsmodelle mit einem neuen Computerkonzept Zehntausende Leben retten.
Das als „Ensemble Boosting“ bezeichnete Konzept nutzt recheneffiziente Modellierung, um eine große Anzahl extremer, aber plausibler Hitzewellen zu simulieren und vermeidet dabei Hunderte von Stunden teurer Berechnungen auf großen Computern.
Die von Wissenschaftlern der ETH Zürich in der Schweiz und der Cornell University in den USA geleitete Studie zu der neuen Modellierungsmethode wurde am 22. August veröffentlicht Naturkommunikation. Erich M. Fischer, Professor an der ETH Zürich, ist korrespondierender Autor von „Storylines for Unprecedented Heatwaves Based on Ensemble Boosting“.
„Als Gesellschaft müssen wir nicht immer aus unseren Fehlern lernen“, sagte Co-Autor Flavio Lehner, Assistenzprofessor für Geo- und Atmosphärenwissenschaften am Cornell College of Agriculture and Life Sciences. „Wir können aus unseren Prognosen und Prognosen lernen.“
Von Ende Juni bis Mitte Juli 2021 herrschte im Westen Nordamerikas, einschließlich des pazifischen Nordwestens in den USA und British Columbia in Kanada, eine beispiellose Hitzewelle. Lytton, British Columbia, beispielsweise stellte am 29. Juni 2021 mit 121,3 Grad Fahrenheit einen landesweiten kanadischen Tageshöchsttemperaturrekord auf. Während der übermäßigen Hitzewelle starben in Kanada mehr als 800 Menschen und in den USA mehr als 600 Menschen
Ein solches Extremereignis schien damals unvorstellbar und es stellte sich die Frage, ob Klimamodelle ein solches Ereignis überhaupt simulieren könnten.
Aber durch den Einsatz von Ensemble-Boosting in aktuellen Klimamodellen werden sogar noch mehr übermäßige Hitzeereignisse – angesichts des sich verschlimmernden Klimawandels – als plausibel angesehen.
Beim Ensemble-Boosting werden die extremsten Hitzeereignisse, die in aktuellen Computer-Klimamodellen gefunden werden, mit winzigen Unterschieden in den Anfangsbedingungen – dem Schmetterlingseffekt, bei dem winzige Änderungen große Auswirkungen haben – erneut ausgeführt, um zu sehen, ob noch extremere Hitzeereignisse möglich sind.
„Rechnerisch ist es viel kostengünstiger, als traditionelle Klimamodellsimulationen über Hunderte oder sogar Tausende von Jahren in einem Computer laufen zu lassen und dann nur zwei oder drei extreme Hitzewellenereignisse zu finden“, sagte Co-Autorin Angeline Pendergrass, Assistenzprofessorin für Erde und Erde Atmosphärenwissenschaften.
Das Ziel des Ensemble-Boostings bestehe darin, herauszufinden, wie extrem ein Ereignis durch ein Klimamodell simuliert werden kann, sagte sie.
„Eine der Herausforderungen, vor denen wir in der Klimawissenschaft stehen, sind die langen Zeiträume, die beobachtet oder simuliert werden müssen, um quantitativ zu beschreiben, was in einem bestimmten Klimazustand möglich oder wahrscheinlich ist“, sagte Pendergrass. „Ensemble-Boosting ist eine Möglichkeit, die Grenzen des Raums dessen abzutasten, was für ein Extremereignis möglich ist.“
„Mit meteorologischen Modellen können wir Hitzewellen im Hinblick auf die Wetterzeitskala recht gut vorhersagen“, sagte Lehner. „Wenn wir in sieben Tagen eine Hitzewelle am Horizont sehen – und es sieht so aus, als würde sie extrem sein –, sind Meteorologen hervorragend darin, diese Vorhersagen zu treffen.“
Lehner sagte jedoch, dass dies keine ausreichende Warnung sei, um Kühlunterkünfte für Zehntausende Menschen zu organisieren, die normalerweise keinen Zugang zu Klimaanlagen hätten. Zur Vorbereitung ist eine langfristige Planung auf kommunaler Ebene erforderlich. Ensemble-Boosting stellt das Worst-Case-Szenario in einem Modellformat für die kommenden Jahrzehnte dar, das für eine solche Planung genutzt werden kann.
„Was sind angesichts des Klimawandels die extremsten Hitzewellen, die man in diesem Jahrhundert erleben könnte – unabhängig davon, wann genau sie auftreten würden?“ Sagte Lehner. „Dies bietet eine längerfristige Perspektive.“
„Im pazifischen Nordwesten ist das Klima oft kühler als in anderen Teilen Nordamerikas“, sagte Pendergrass. „Ich habe die Idee gehört, dass es während der globalen Erwärmung ein guter Ort wäre, weil es nicht zu heiß wird.“ . Ich habe nie gegenteilige Argumente gehört. Das Hitzewellenereignis im pazifischen Nordwesten im Jahr 2021 war interessant, weil die meisten Menschen es physikalisch nicht für möglich gehalten hätten, bevor es passierte.“
Neben der Untersuchung des pazifischen Nordwestens und der Untersuchung der extremen Temperaturen in Chicago und Paris bei jüngsten Hitzewellen kann die Gruppe nun mit modernsten Modellen feststellen, dass eine extreme Hitzewelle möglich ist. „Wir können mit größerer Sicherheit sagen, dass extreme Temperaturen, wie sie von Klimamodellen dargestellt werden, in der Zukunft definitiv möglich sind“, sagte Lehner. „Die Klimamodelle sind dem gewachsen.“
Mehr Informationen:
EM Fischer et al., Handlungsstränge für beispiellose Hitzewellen basierend auf Ensemble-Boosting, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40112-4