Forschung im HLRN-Verbund 2011

62Das Klima der Ostsee zum Ende des JahrhundertsSimulation von Zukunftsszenarien für das Ökosystem der OstseeT. Neumann, I. Kuznetsov, R. Friedland, Institutfür Ostseeforschung an der Universität RostockKurzgefasst• Der erwartete Klimawandel wird das Ökosystemder Ostsee nachhaltig beeinflussen.• Wesentliche Faktoren sind der direkte Einflussdurch die Atmosphäre und Veränderungen imEinzugsgebiet.• Projizierte Veränderungen weisen große Unsicherheitenauf, insbesondere durch die Unsicherheitder Entwicklung der menschlichen Gesellschaft.• Um den Bereich der Unsicherheiten abschätzenzu können, werden Simulationen mit einer Vielzahlvon Variationen der klimatischen Entwicklungdurchgeführt.• Die Simulationen sind aufgrund der langenZeiträume (150 Jahre) sowie der Komplexitätder Ökosystemmodelle sehr aufwendig und erfordernden Einsatz massiv-paralleler Rechnerarchitekturen.Für den Verlauf dieses Jahrhunderts ist eine drastischeÄnderung der klimatischen Bedingungen aufder Erde prognostiziert. Globale Modelle projizierenzum Beispiel einen durchschnittlichen Temperaturanstiegvon 2-4 K, abhängig von den Szenarienfür die Entwicklung der Treibhausgasemissionen.Für die Abschätzung konkreter, regionalerAuswirkungen prognostizierter Klimaänderungensind Ergebnisse der Globalmodelle aufgrund ihrergroben Auflösung jedoch nur bedingt geeignet.Klimawandel macht sich auf regionaler Skale bemerkbarund dort müssen die spezifischen Maßnahmenfür eine Vorsorge getroffen werden.Um den regionalen Aspekt des Klimawandelserfassen zu können, werden Ergebnisse von globalenModellen durch ein sogenanntes dynamischesSkalieren auf eine regionale Skale transformiert.Die dafür verwendeten regionalen Klimamodelleerfassen nur einen Teil der Erde, zum BeispielEuropa, und werden an den Rändern mit Datenaus dem Globalmodell angetrieben. In den Regionalmodellenkann sich dann eine interne Dynamikentwickeln, die regionale Aspekte wie Gewässer,Wälder oder Siedlungsgebiete berücksichtigt. Typischehorizontale Auflösungen heutiger Modellesind ca. 250 km in den Globalmodellen und entsprechend25 km in den Regionalmodellen.Ein Klimawandel wird auch die marine Umweltnicht unbeeinflusst lassen. Die Ostseeals ein durch Eutrophierung belastetes europäischesBinnenmeer steht im besonderen Interesseder regionalen Klimaforschung. Um denEffekt des Klimawandels auf das Ökosystemder Ostsee abschätzen zu können, werdenÖkosystemmodelle der Ostsee (z. B. [1]) mitDaten aus regionalen Klimamodellen angetrieben.Die Ökosystemmodelle bestehen aus dreidimensionalenZirkulationsmodellen, in die biogeochemischeModelle integriert sind. Damit lassensich sowohl die physikalischen Bedingungen alsauch die wichtigsten Stoffflüsse wie zum BeispielPrimärproduktion simulieren.Diese Simulationen benötigen eine Rechenleistung,die nur von Höchstleistungsrechnern bereitgestelltwerden kann. So braucht ein Klimaszenariovom 150 Jahren auf dem HLRN etwa 3 WochenRechenzeit auf 256 Prozessorkernen.Klimaprojektionen weisen einen hohen Grad anUnsicherheiten auf. Das liegt insbesondere an derUnsicherheit zur Prognose der Entwicklung dermenschlichen Gesellschaft. Ausdruck dafür ist diegroße Anzahl verschiedener Treibhausgasszenarien,die in den IPCC-Berichten Berücksichtigungfinden. Für das Ökosystem der Ostsee habenneben den atmosphärischen Bedingungen auchVeränderungen der Bedingungen im Einzugsgebieteinen großen Einfluss. Diese ändern sich sowohlals Reaktion auf das Klima aber auch alsFolge ökonomischer Entwicklungen und staatlicherRegulierungen.Im Rahmen des BONUS ([2]) Projektes Ecosupportwerden mithilfe von drei Ökosystemmodellender Ostsee verschiedene Klimaszenarien simuliert.Damit soll eine ausreichende Anzahl anRealisierungen produziert werden, die es erlaubtdie Unsicherheiten der erwarteten Änderungenabschätzen zu können. Die Szenarien setzen sichaus Kombinationen unterschiedlicher Treibhausgasszenarien,Nährstoffeintragsszenarien und verschiedenenModellvarianten zusammen. Verwendetwerden Daten verschiedener globaler Klimamodelledie mithilfe einer Reihe regionaler Klimamodelleskaliert werden. Diese Daten treibenschließlich ein Ökosystemmodell der Ostsee an.In der Abbildung 1 ist die Änderung der Oberflächentemperaturder Ostsee zum Ende des Jahrhundertsin verschiedenen Jahreszeiten dargestellt.Die Daten sind das Ergebnis eines Ensemblesaus 3 einzelnen Realisierungen. Die Realisierungenberücksichtigen unterschiedliche Global-Geowissenschaften