Aktuelle Forschungen zur atlantischen Umwälzzirkulation offenbaren die Komplexität und Unvorhersehbarkeit des Klimasystems und stellen die Idee direkter Frühwarnsignale für Klimakatastrophen in Frage. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Berücksichtigung der komplexen Dynamik von Klimasystemen und die Notwendigkeit eines integrierten klimawissenschaftlichen Ansatzes.
Eine neue mathematische Modellierung des atlantischen Meridianumsturzes – eines Systems von Meeresströmungen – zeigt eine größere Komplexität als bisher angenommen.
Ein internationales Wissenschaftlerteam hat davor gewarnt, sich darauf zu verlassen, dass die Natur klare „Frühwarnindikatoren“ für eine Klimakatastrophe liefert, da neue mathematische Modelle faszinierende neue Aspekte der Komplexität der Klimadynamik offenbaren.
Dies deutet darauf hin, dass das Klimasystem möglicherweise unberechenbarer ist als bisher angenommen.
Durch die Modellierung der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation, eines der wichtigsten Meeresströmungssysteme, stellte das Team, dem Mathematiker der Universität Leicester angehörten, fest, dass die Stabilität des Systems viel komplexer ist als einfache „An- und Aus“-Zustände, wie zuvor angenommen . Die Transformationen zwischen diesen Ländern können zu großen Veränderungen im regionalen Klima der Nordatlantikregion führen, sie sind jedoch weit von den enormen Auswirkungen der Transformation zwischen qualitativ unterschiedlichen Ländern entfernt.
Aber einige dieser kleinen Verschiebungen könnten sich irgendwann zu einer großen Verschiebung zwischen qualitativ unterschiedlichen Ländern mit enormen globalen Auswirkungen auf das Klima ausweiten. Frühwarnsignale sind möglicherweise nicht in der Lage, die Schwere der nächsten Wendepunkte zu erkennen. Wie bei einem Jenga-Blockturm kann das Entfernen einiger Blöcke die Stabilität des Systems beeinträchtigen, wir können jedoch nicht sicher sein, welcher Block zum Zusammenbruch des gesamten Systems führt.
Professor Valerio Lucarini von der Fakultät für Mathematik und Informatik der Universität Leicester. Bildnachweis: Universität Leicester
Veröffentlichung und Bedeutung der Ergebnisse
Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Fortschritt der Wissenschaft In einer Forschungsarbeit des Niels-Bohr-Instituts an der Universität Kopenhagen.
Die atlantische meridionale Umwälzzirkulation ist eines der grundlegendsten Merkmale des Klimasystems. Es transportiert Wärme von niedrigen in hohe Breiten im Nordatlantik und trägt so zur Entstehung positiver thermischer Anomalien in Nord- und Westeuropa sowie in der windabgewandten Nordatlantikregion bei. Eine Verlangsamung der Blutzirkulation würde zu einer relativen Abkühlung in dieser Region führen.
Herausforderungen bei der Klimavorhersage
Die Vorhersage des Verhaltens unseres Klimas, beispielsweise der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation, ist aufgrund seiner erstaunlichen Komplexität eine Herausforderung. Wissenschaftler benötigen entweder ein Modell mit höchstmöglicher Genauigkeit oder sie versuchen, sein Verhalten mithilfe eines weniger ressourcenintensiven Modells zu verstehen, das eine genaue statistische Analyse ermöglicht.
Professor Valerio Lucarini von der Fakultät für Mathematik und Informatik der Universität Leicester sagte: „In jedem Bundesstaat gibt es eine große Anzahl benachbarter Bundesstaaten. Je nachdem, wo oder was Sie beobachten, finden Sie möglicherweise Anzeichen dafür, dass ein Zusammenbruch bevorsteht. Es ist jedoch nicht klar, ob dieser Zusammenbruch in den Nachbarstaaten eingedämmt wird oder zu größeren Störungen führt, da die Indikatoren nur die lokalen Besonderheiten des Systems widerspiegeln.
„Diese Zustände repräsentieren die unterschiedlichen Arten, wie sich die atlantische Umwälzzirkulation in großem Maßstab organisiert, mit erheblichen Auswirkungen auf das globale Klima und insbesondere auf regionaler Ebene im Nordatlantik. In einigen Szenarien könnte die Zirkulation einen „Kipppunkt“ erreichen.“ Das System ist nicht mehr stabil und wird zusammenbrechen. Frühwarnindikatoren sagen uns, dass das System möglicherweise in einen anderen Zustand übergeht, aber wir wissen nicht, wie anders es sein könnte.“
„In einer separaten Untersuchung haben wir etwas Ähnliches in Paläoklimaaufzeichnungen gesehen: Wenn man die interessierende Zeitskala ändert – genau wie eine Lupe – kann man immer kleinere unterschiedliche Merkmale entdecken, die auf konkurrierende Funktionsweisen des globalen Klimas hinweisen.“ „Paläoklima Aufzeichnungen der letzten 65 Millionen Jahre haben es uns ermöglicht. Das vergangene Jahr hat eine neue Erklärung für die Entwicklung des Klimas in diesem Zeitraum geliefert und diese vielfältigen konkurrierenden Zustände offenbart.
„Diese Studie ebnet den Weg für die Betrachtung des Klimas durch die Linse der statistischen Mechanik und der Komplexitätstheorie. Sie regt wirklich eine neue Sicht auf das Klima an, bei der man komplexe numerische Simulationen, Beobachtungsbeweise und Theorie zu einem unvermeidlichen Flickenteppich zusammenführen muss. Das haben Sie.“ Diese Komplexität wertzuschätzen und anzunehmen. Es gibt keine Möglichkeit. Kurz gesagt, es gibt kein kostenloses Mittagessen in unserem Verständnis des Klimas, aber wir können viel daraus lernen.
Referenz: „Die unterbrochene Gleichgewichtsanalyse der Klimaentwicklung im Känozoikum zeigt eine Hierarchie abrupter Übergänge“ von Denis Didier Rousseau, Witold Pajniewski und Valerio Lucarini, 12. Juli 2023, Wissenschaftliche Berichte.
doi: 10.1038/s41598-023-38454-6
Finanzierung: Rahmenprogramm Horizont 2020, Danmarks Frie Forskningsfond, Europäischer Forschungsrat
