Die Klimawissenschaft hat gerade einen visionären Pionier verloren: Larry Gates

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

Professor WL „Larry“ Gates gehörte zur letzteren Kategorie. Er starb am 27. Juni im Alter von 93 Jahren in Hamburg, Deutschland. Er war einer der versiertesten Klimawissenschaftler der Welt. Wenn Sie noch nie von ihm gehört haben, sind Sie nicht allein. Nur wenige der heutigen jungen Klimawissenschaftler wissen, wer er war und was er tat. Es ist Zeit, das 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 vielen tausend 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 von Verdunstung, Niederschlag und Abfluss.

Später nahmen sich Gates und andere Klimamodellierer den Ozean vor und versuchten, seine allgemeine Zirkulation in numerischer Form darzustellen. Sie untersuchten das Wechselspiel zwischen Atmosphäre und Ozean – die Art und Weise, wie sie zusammen tanzen, immer ruhelos, immer in Bewegung, immer miteinander kommunizieren, Winde, die Strömungen antreiben, Strömungen, die Wärme übertragen, und sich ändernde Temperaturgradienten, Temperaturgradienten, die Winde antreiben.

Was für ein großartiges wissenschaftliches Unterfangen!

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 heutige Klima System. Er verwendete die gleichen Modelle, um die Ursachen von zu untersuchen vergangenen Eiszeitenund zu projizieren Die wahrscheinliche klimatische Zukunft der Erde wenn die Verbrennung fossiler Brennstoffe den atmosphärischen Gehalt an wärmespeichernden Treibhausgasen weiter ansteigen lässt. In seinem Geistesleben, Gates lebte gleichzeitig in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Computermodelle waren sein Vehikel für Zeitreisen.

Vor vierzig Jahren begannen sich in der wissenschaftlichen Gemeinschaft Bedenken hinsichtlich des vom Menschen verursachten Klimawandels zu verstärken. Damals wie heute waren Computermodelle die besten wissenschaftlichen Werkzeuge, die wir hatten, um zu versuchen, die klimatischen Folgen der Verbrennung fossiler Brennstoffe zu verstehen und vorherzusagen. Aber wie gut waren diese Werkzeuge? Wie nützlich waren sie, um zukünftige Änderungen von Temperatur, Meeresspiegel, Niederschlägen und Extremwetterereignissen 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 für dieses Mikroskop bereit 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 führten einzelne Klimamodellierungsgruppen eigene Simulationen mit eigenen Computermodellen durch. Die Simulationen unterschieden sich in wichtigen Punkten. 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 mit Äpfeln der Klimareaktionen verschiedener Computermodelle zu vergleichen. Angenommen, Sie wollten 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 der Sonnenkonstante und dem vorindustriellen CO2-Gehalt?

Geben Sie Larry Gates ein. Er erkannte, dass es entscheidend sei, diese Fragen zu beantworten und Modelle einer strengeren Prüfung zu unterziehen. Dazu musste sich die wissenschaftliche Gemeinschaft ernsthaft mit der Bewertung von Modellen befassen. Sie benötigten Standard-Benchmark-Simulationen, bei denen jede Gruppe die gleiche Simulation mit identischen Randbedingungen durchführte. Ein solches Benchmarking machte es viel einfacher, Ergebnisse über eine große Sammlung von Modellen hinweg zu interpretieren.

Gates war einer der ersten starken Befürworter eines systematischen Benchmarkings von Modellen durch das, was später bekannt wurde Modellvergleichsprojekte (MIPs). Es war schwierig, die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft davon zu überzeugen, dass diese Aktivitäten wertvoll waren. Einige betrachteten 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 seine Kollegen und die Förderorganisation, dass Benchmarking und MIPs die Zukunft waren.

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 hatten und die gleiche Simulation durchführten. Durch den Vergleich der AMIP-Ergebnisse mit Beobachtungen konnten Analysten Probleme identifizieren, die allen Modellen gemeinsam sind, wie 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 neuere Modelle besser waren als die älteren.

Der Erfolg von AMIP führte zu einer rasanten Entwicklung Verbreitung anderer MIPs. Klimawissenschaftler führten MIPs nicht nur mit atmosphärischen Modellen durch, sondern auch mit gekoppelten Modellen der vollständig interagierenden Atmosphäre und des Ozeans. Das war der Gekoppeltes Modellvergleichsprojekt (CMIP). In CMIP erhöhten die Wissenschaftler die CO2-Konzentration um 1 Prozent pro Jahr oder nach unseren besten Schätzungen historischer CO2-Zunahmen. Sie haben sich unterschiedlich entwickelt Szenarien der Veränderungen der Treibhausgase im 21. Jahrhundert und führte dann Modelle mit diesen unterschiedlichen „Handlungssträngen“ durch.

Solche Arbeiten lieferten wertvolle Informationen über etwas, das uns wirklich am Herzen liegt – die Unsicherheiten in Prognosen zum Klimawandel. Wie groß sind diese Unsicherheiten für globale Durchschnittstemperatur, Niederschläge und Änderungen des Meeresspiegels? Wie viel „Prognoseunsicherheit“ ergibt sich aus Unterschieden in der Struktur und Physik der Modelle selbst? Wie viel hängt von der Ungewissheit der Treibhausgasemissionen der Menschheit im 21. Jahrhundert ab – ob wir uns dafür entscheiden grüne Straße oder die Entwicklungsautobahn für fossile Brennstoffe?

Mit CMIP und anderen Modellvergleichsprojekten konnten diese Fragen beantwortet werden. Die Ergebnisse der MIPs – und die daraus gewonnenen Erkenntnisse – leisteten einen enormen wissenschaftlichen Beitrag zu nationalen und internationalen Bewertungen der Klimawissenschaft.

MIPs zeigten, dass Modelle bei der Darstellung von Schlüsselmerkmalen des heutigen Klimas geschickter geworden waren. Sie enthüllten, dass das Gesicht des vom Menschen verursachten Klimawandels eindeutig aus dem Schattenland der natürlichen Klimavariabilität hervorgegangen war. Menschliche Auswirkungen auf das Klima waren jetzt „eindeutig.“ MIPs lieferten eindeutige Beweise dafür, dass selbst bei Unsicherheiten in Modellen und Emissionsszenarien signifikante und wirkungsvolle Temperatur- und Meeresspiegelanstiege im 21. Jahrhundert praktisch sicher waren.

Diese Fortschritte in der Wissenschaft sind Teil des Vermächtnisses von Gates.

In der Welt der Klimamodelle ist es möglich, das zu leisten, 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 „Welt mit uns“-Simulation 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 abzuschätzen.

In unserem wirklichen Leben und in der Geschichte der Menschheit können wir jedoch keine kontrafaktischen Aussagen machen. Es gibt keine Welt, in der Gates nie gelebt hat. Aber es ist ziemlich klar, dass das wissenschaftliche Verständnis der Realität und Schwere des Klimawandels in „einer Welt ohne Larry“ auf einem viel schwächeren Fundament 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 Klimawissenschaftler, Gastforscher am Joint Institute for Regional Earth System Science and Engineering der UCLA und Stipendiat von John D. und Catherine T. MacArthur. Er war der Hauptautor von Kapitel 8 des Berichts des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) von 1995 und hat zu allen sechs IPCC-Berichten beigetragen.