KI-gestützte Klimamodelle Wasserdampf in der Stratosphäre als Klimatreiber untersucht

Mithilfe von maschinellem Lernen haben Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich verbesserte Modelle entwickelt, um Effekte des Klimawandels vorherzusagen. Dabei konzentrierten sie sich auf die Rolle der Wasserdampfkonzentration in der Stratosphäre.

Die Ozonschicht, die sich in der Stratosphäre befindet, schützt das Leben auf der Erde vor schädlicher ultravioletter Sonnenstrahlung. Ein Anstieg des Wasserdampfs in der Stratosphäre könnte den Klimawandel verstärken und die Regeneration der Ozonschicht verlangsamen. Vorhersagen darüber, wie sich die Wasserdampfkonzentration entwickeln wird, sind allerdings von Unsicherheiten geprägt.

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Ein internationales Team, angeführt vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und mit Beteiligung des Jülicher Forschers Dr. Mohamadou A. Diallo vom Institut für Stratosphäre, hat nun ein statistisches Lernverfahren entwickelt, das Informationen aus Satellitenbeobachtungen mit modernsten Klimamodelldaten kombiniert. Es berechnet die Veränderungen des Wasserdampfs in der Stratosphäre bei globaler Erwärmung und soll die Unsicherheiten verringern.

Unsicherheiten durch Datenmodelle minimieren

„Klimamodellberechnungen über den Anstieg der Wasserdampfkonzentration durch die globale Erwärmung sind mit großen Unsicherheiten behaftet, da die stattfindenden Prozesse sehr komplex sind und die Zeitspanne, in der hochwertige Satellitenbeobachtungsdaten vorliegen, relativ kurz ist“, sagt Peer Nowack vom Institut für Theoretische Informatik des KIT. Mithilfe des datengesteuerten Ansatzes kombiniert mit maschinellem Lernen sind die Forschenden nun in der Lage, die Beobachtungen sehr effektiv zu nutzen, um diese Unsicherheiten zu verringern.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die stratosphärische Wasserdampfkonzentration mit der globalen Erwärmung ansteigen wird. Allerdings sind große Veränderungen, welche die Erholung des Ozons erheblich verzögern könnten, höchst unwahrscheinlich“, sagt Nowack. Um sich auf die Klimakrise und ihre Folgen vorzubereiten, bedarf es konkreter Informationen über das Ausmaß des globalen Wandels in den kommenden Jahrzehnten. Die Studie helfe dabei, sinnvolle politische Entscheidungen treffen zu können.

Der Ansatz der Forscher unterstreiche die Notwendigkeit, Klimamodelle besser einzuschränken, da der in die Stratosphäre eindringende Wasserdampf eine wichtige positive Rückkopplung auf das Erdklima habe, wie Studienleiter Diallo erklärt.

Originalpublikation: Nowack, P., Ceppi, P., Davis, S.M. et al. Response of stratospheric water vapour to warming constrained by satellite observations. Nat. Geosci. (2023); DOI: 10.1038/s41561-023-01183-6

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