Deutsche Wissenschaftler entwickeln Netzwerkanwendung zur Klimavorhersage

Die Vorhersage von Klimaereignissen mit großen Auswirkungen kann durch einen neuen mathematischen Ansatz, der die Konnektivität und Muster zwischen geografischen Orten analysiert, erheblich verbessert werden, sagen Wissenschaftler in einer neuen Veröffentlichung.

Dies kann potenziell Tausende von Leben retten und Milliarden an wirtschaftlichen Schäden abwenden. Die prognostizierten Vorlaufzeiten für Ereignisse wie El Nino, Monsun, Dürren oder extreme Regenfälle könnten erheblich verlängert werden, je nach Art des Ereignisses bis zu einem Monat oder in einigen Fällen sogar einem Jahr im Voraus.

Neuer Prognoseansatz

Der neue Rahmen könnte daher zu einem Schlüssel für eine bessere Anpassung an die globale Erwärmungskrise werden, sagt Josef Ludescher vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Hauptautor der „
Perspektive Artikel veröffentlicht in
Proceedings of the National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten (PNAS).

„Der neue Prognoseansatz hat sich in den letzten Jahren mehrfach als sehr effektiv erwiesen, um verschiedene Klimaphänomene viel früher als bisher vorherzusagen. El Niño zum Beispiel könnte bis zu einem Jahr im Voraus vorhergesagt werden, im Vergleich zu etwa sechs Monaten mit Standardvorhersagemethoden.

„Der Beginn des indischen Sommermonsuns in Zentralindien, der für die Wirtschaft dieser Region lebenswichtig ist, wurde dank des neuen Ansatzes mehr als einen Monat im Voraus vorhergesagt, viel früher als die derzeit verwendeten Prognosen.

Netzwerkanwendungsmodell

Extremereignisse wie Überschwemmungen, Hitzewellen oder Dürren treten oft mit kurzer oder keiner Vorwarnzeit auf, was eine effektive kurzfristige Anpassung erschwert oder unmöglich macht. Das neue Vorhersage-Framework verbessert dies grundlegend, wie Jürgen Kurths vom PIK, ein Pionier in der Anwendung von Netzwerken zur Wettervorhersage und Mitautor des Papiers, betont:

„Aktuell gibt es zum Beispiel keine verlässliche Vorhersage für starke Regenfälle in den zentralen Anden zu Ostern, die zu verheerenden Überschwemmungen und Erdrutschen für die Menschen in diesem Teil Südamerikas führen. Unser auf dem Netzwerk basierender Ansatz kann diese Ereignisse bis zu zwei Tage vorhersagen im Voraus – dies ist eine entscheidende Zeit für die Menschen, sich vorzubereiten, Leben zu retten und Schäden zu begrenzen.

Ein mathematischer Ansatz, um Leben zu retten

Herkömmliche Wetter- und Klimavorhersagen stützen sich hauptsächlich auf numerische Modelle, die atmosphärische und ozeanische Prozesse nachahmen. Obwohl diese Modelle im Allgemeinen sehr nützlich sind, können sie nicht alle zugrunde liegenden Prozesse perfekt simulieren – und Phänomene wie das Einsetzen von Monsunen, Überschwemmungen oder Dürren können zu spät vorhergesagt werden. Hier kommt die netzwerkbasierte Prognose ins Spiel.

„Anstatt eine Vielzahl lokaler Wechselwirkungen zu betrachten, die physikalische Prozesse wie Wärme- oder Feuchtigkeitsaustausch darstellen, betrachten wir direkt die Konnektivität zwischen verschiedenen geografischen Orten, die sich über Kontinente oder Ozeane erstrecken können“, sagt Ludescher.

„Diese Konnektivität wird nachgewiesen, indem die Ähnlichkeit in der Entwicklung physikalischer Größen wie Lufttemperaturen an diesen Orten gemessen wird. Im Fall von El Niño beispielsweise entwickelt sich eine starke Konnektivität im tropischen Pazifik tendenziell während des Kalenderjahres vor dem Ausbruch des Ereignisses.

Verbindungsstellen

Kurths fügt hinzu: „Es ist ein grundlegend anderer Ansatz als die traditionelle numerische Modellierung, die in der Wetter- und Klimavorhersage verwendet wird. Es simuliert nicht das gesamte Erdsystem, sondern analysiert großräumige Konnektivitätsmuster in Beobachtungsdaten.

„Diese Modelle, also die Konnektivität zwischen Standorten und wie sie sich im Laufe der Zeit verändern, können wesentliche neue Informationen für Prognosen liefern – und die jeweiligen Regionen hoffentlich sicherer machen“, sagt Co-Autorin Maria Martin, ebenfalls am PIK.

Hans-Joachim Schellnhuber, ehemaliger Direktor des Instituts, schließt: „In dieser Perspektive haben wir mehrere Erfolgsgeschichten gesammelt, die die wissenschaftliche Kraft des Netzwerkansatzes für Vorhersagen demonstrieren – und damit für die potenzielle Rettung Tausender Leben und die Vermeidung von Milliarden an wirtschaftlichen Kosten.