Die Klimawissenschaft hat gerade einen visionären Pionier verloren: Larry Gates

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Die Klimawissenschaft hat gerade einen visionären Pionier verloren: Larry Gates

Es gibt berühmte Leute, die das Rampenlicht lieben. Sie leben dafür. Andere meiden die Öffentlichkeit; Sie sind in einem kleinen Kreis ihrer Kollegen bekannt, aber außerhalb dieses Kreises unbekannt.

Professor WL „Larry“ Gates fiel in die letztere Kategorie. Er starb am 27. Juni im Alter von 93 Jahren in Hamburg. Er war einer der versiertesten Klimatologen der Welt. Wenn Sie noch nie von ihm gehört haben, sind Sie nicht allein. Nur wenige junge Klimatologen wissen heute, wer er war und was er tat. Es ist Zeit, es zu beheben.

Gates war ein Pionier in der Computermodellierung des Klimasystems der Erde. Er gehörte zu einer Generation von Wissenschaftlern, die versuchten, die komplexen Muster der atmosphärischen Zirkulation in Tausenden von Codezeilen festzuhalten. Ihre Herausforderung bestand darin, reale Merkmale wie Passatwinde, Jetstreams, den Polarwirbel sowie Hoch- und Tiefdrucksysteme zu simulieren. Um Konvektion, Wolkenbildung und andere wichtige physikalische Prozesse zu erfassen. Um den Wasserkreislauf genau darzustellen – den endlosen Kreislauf aus Verdunstung, Niederschlag und Abfluss.

Später befassten sich Gates und andere Klimamodellierer mit dem Ozean und versuchten, seine allgemeine Zirkulation in numerischer Form darzustellen. Sie untersuchten die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und dem Ozean – die Art und Weise, wie sie zusammen tanzen, immer rastlos, immer in Bewegung, immer miteinander kommunizieren, Winde, die Strömungen antreiben, Strömungen, die Wärme übertragen, und die sich ändernden Temperaturgradienten, die Temperaturgradienten, die die Winde antreiben.

Was für ein großartiges wissenschaftliches Unterfangen!

Zusammen mit seinen Kollegen von der Rand Corporation, der UCLA und der Oregon State University entwickelte Gates Computermodelle und wandte sie an, um das Innenleben des zu untersuchen aktuelles Klima System. Er verwendete die gleichen Modelle, um die Ursachen von zu untersuchen vergangenen Eiszeitenund Projekt Die wahrscheinliche Klimazukunft der Erde wenn die Verbrennung fossiler Brennstoffe die atmosphärischen Werte von wärmespeichernden Treibhausgasen weiter erhöht. In seinem Geistesleben, Gates lebte gleichzeitig in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Die Computermodelle waren sein Vehikel für Zeitreisen.

Vor vierzig Jahren begann die Besorgnis über den vom Menschen verursachten Klimawandel in der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu wachsen. Damals wie heute waren Computermodelle die besten wissenschaftlichen Werkzeuge, die wir hatten, um zu versuchen, die Klimafolgen der Verbrennung fossiler Brennstoffe zu verstehen und vorherzusagen. Aber wie gut waren diese Werkzeuge? Wie nützlich waren sie, um zukünftige Änderungen der Temperatur, des Meeresspiegels, der Niederschläge und extremer Wetterereignisse zuverlässig vorherzusagen?

Nicht nur Wissenschaftler suchten nach Antworten auf diese zentralen Fragen. Auch Politiker, Journalisten, Unternehmen und die Öffentlichkeit wollten Antworten. Klimamodelle würden bald unter die Lupe genommen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft musste auf dieses Mikroskop vorbereitet sein.

Sie waren nicht bereit. In den 1970er und 1980er Jahren war die Auswertung von Computermodellen des Klimasystems relativ unstrukturiert und unsystematisch und beinhaltete oft einen einfachen visuellen Vergleich der Modellausgabe mit beobachteten Temperatur-, Niederschlags- und Luftdruckkarten. National und international haben einzelne Klimamodellierungsgruppen eigene Simulationen mit eigenen Computermodellen durchgeführt. Die Simulationen unterschieden sich deutlich. Sie gingen oft von unterschiedlichen Konzentrationen an atmosphärischem Kohlendioxid aus. Die Solarkonstante – ein Maß für die Energieabgabe der Sonne – kann von Modell zu Modell variieren.

Aufgrund dieser und anderer Unterschiede in den „Randbedingungen“ war es schwierig, Äpfel-zu-Äpfel-Vergleiche der Klimareaktionen verschiedener Computermodelle anzustellen. Angenommen, Sie möchten die Ergebnisse eines Experiments vergleichen, bei dem Klimamodellierer den atmosphärischen Kohlendioxidgehalt verdoppelt haben. Waren die unterschiedlichen Temperaturerhöhungen in den Modellen A, B und C hauptsächlich auf Unterschiede in der Struktur und Physik der Klimamodelle zurückzuführen? Oder hingen die unterschiedlichen Temperaturänderungen weitgehend mit unterschiedlichen experimentellen Bedingungen zusammen, wie z. B. der Sonnenkonstante und dem vorindustriellen CO2-Gehalt?

Geben Sie Larry Gates ein. Er stimmte zu, dass es wichtig sei, diese Fragen zu beantworten und die Modelle einer strengeren Prüfung zu unterziehen. Dazu musste die wissenschaftliche Gemeinschaft die Modellbewertung ernst nehmen. Sie benötigten Standard-Referenzsimulationen, bei denen jede Gruppe dieselbe Simulation mit identischen Randbedingungen durchführte. Eine solche vergleichende Analyse machte es viel einfacher, die Ergebnisse über eine große Sammlung von Modellen hinweg zu interpretieren.

Gates war ein früher Verfechter des systematischen Modell-Benchmarkings durch das, was später bekannt wurde Modellvergleichsprojekte (MIP). Es war schwierig, die internationale Wissenschaftsgemeinschaft vom Wert dieser Aktivitäten zu überzeugen. Einige sahen sie als nichts anderes als das wissenschaftliche Äquivalent zu Schönheitswettbewerben mit möglicherweise schwerwiegenden Folgen (wie möglichen Finanzierungskürzungen), wenn Ihr Modell nicht hoch eingestuft wurde.

Aber wenn Gates sprach, hörten die Leute zu. Seine wissenschaftliche Stellung in der Gemeinschaft der Klimamodellierergepaart mit seinen tadellosen diplomatischen Fähigkeiten, überzeugte er seine Kollegen und die Förderorganisation, dass Benchmarking und MIPs die Zukunft seien.

Die Geschichte gab ihm recht. Das Das erste MIP konzentrierte sich auf atmosphärische Modelle. Das Atmosphärenmodell-Vergleichsprojekt (AMIP) erforderte, dass alle teilnehmenden Modelle Standard-Randbedingungen haben und die gleiche Simulation durchführen. Durch den Vergleich der AMIP-Ergebnisse mit den Beobachtungen konnten die Analysten Probleme identifizieren, die allen Modellen gemeinsam sind, wie beispielsweise systematische Fehler bei Niederschlagsmustern und Temperaturen in der oberen Luft. Sie könnten versuchen, die Ursachen dieser Probleme zu identifizieren. Sie konnten das Benchmarking regelmäßig mit neueren Versionen der Modelle wiederholen, um zu sehen, ob die neuen Modelle besser waren als die alten.

Der Erfolg von AMIP führte zu einer rasanten Entwicklung Verbreitung anderer MIPs. Klimatologen haben MIPs nicht nur mit atmosphärischen Modellen durchgeführt, sondern auch mit gekoppelten Modellen der Atmosphäre und des Ozeans in voller Interaktion. Es war der Gekoppeltes Modellvergleichsprojekt (CMIP). In CMIP erhöhten Wissenschaftler die CO2-Konzentration um 1 % pro Jahr oder unsere beste Schätzung historischer CO2-Zunahmen. Sie haben sich unterschiedlich entwickelt Szenarien Treibhausgasveränderungen im 21. Jahrhundert und führte dann Modelle mit diesen verschiedenen „Szenarien“ durch.

Diese Arbeit hat wertvolle Einblicke in etwas gegeben, das uns sehr am Herzen liegt: die Unsicherheiten in Prognosen zum Klimawandel. Wie groß sind diese Unsicherheiten in Bezug auf globale Durchschnittstemperatur, Niederschlag und Meeresspiegeländerung? Welche „Prognoseunsicherheit“ ergibt sich aus Unterschieden in Struktur und Physik der Modelle selbst? Wie viel ist auf die Ungewissheit der Treibhausgasemissionen der Menschheit im 21. Jahrhundert zurückzuführen? die wir wählen die grüne Straße oder die Autobahn der Entwicklung fossiler Brennstoffe?

Mit CMIP und anderen Modellvergleichsprojekten konnten diese Fragen beantwortet werden. Die Ergebnisse von MIPs – und die daraus gewonnenen Erkenntnisse – haben enorme wissenschaftliche Beiträge zu nationalen und internationalen Bewertungen der Klimawissenschaft geleistet.

Die MIPs zeigten, dass die Modelle besser darin geworden waren, Schlüsselmerkmale des aktuellen Klimas darzustellen. Sie enthüllten, dass das Gesicht des vom Menschen verursachten Klimawandels eindeutig aus dem Schatten der natürlichen Klimavariabilität hervorgetreten war. Menschliche Auswirkungen auf das Klima waren jetzt „eindeutig.“ Die MIPs lieferten eindeutige Beweise dafür, dass selbst bei Unsicherheiten in Emissionsmodellen und -szenarien ein signifikanter und wirkungsvoller Anstieg der Temperatur und des Meeresspiegels im 21. Jahrhundert praktisch sicher war.

Diese wissenschaftlichen Fortschritte sind Teil des Vermächtnisses von Gates.

In der Welt der Klimamodelle ist es möglich, das zu erreichen, was Wissenschaftler nennen „Kontrafaktualien“. Ein Beispiel für ein Kontrafaktual ist eine „Welt ohne uns“-Simulation, bei der Computermodelle ohne vom Menschen verursachte Änderungen der Treibhausgase oder der Feinstaubbelastung ausgeführt werden. Dieses Kontrafaktual wird dann mit einer Simulation der „Welt mit uns“ verglichen, in der menschliche Aktivitäten den Gehalt an Treibhausgasen in der Erdatmosphäre verändern. Der Vergleich der beiden Welten hilft uns, das Ausmaß und die Eigenschaften der vom Menschen verursachten globalen Erwärmung einzuschätzen.

In unserem wirklichen Leben und in der Menschheitsgeschichte können wir jedoch keine Kontrafaktualien verwenden. Es gibt keine Welt, in der Gates noch nie gelebt hat. Aber es ist ziemlich klar, dass das wissenschaftliche Verständnis der Realität und Schwere des Klimawandels in „einer Welt ohne Larry“ auf einer viel schwächeren Grundlage ruhen würde. Er war ein anständiger, freundlicher, brillanter und ehrenhafter Mann, ein wahrer „Gentleman und Gelehrter“ – und seine Wissenschaft hat unsere Welt für immer verändert.

Ben Santer ist Klimatologe, Visiting Scholar am Joint Institute for Regional Earth System Science and Engineering der UCLA und John D. and Catherine T. MacArthur Fellow. Er war Hauptautor von Kapitel 8 des Berichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) von 1995 und hat zu allen sechs IPCC-Berichten beigetragen.