Klimaforschung

Wie das Klima erforscht wird

Um den Klimawandel zu verstehen und Antworten auf diese global so bedeutende Herausforderung zu finden, arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt zusammen. Wie die Klimaforschung sich entwickelt hat, mit welchen aktuellen Fragen sich die Forschenden beschäftigen und wer die wichtigen Akteure sind, haben wir auf dieser Seite zusammengefasst.

Der menschgemachte Klimawandel, seine Auswirkungen und seine Folgen stellen Natur wie Gesellschaft vor große Herausforderungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kennen bereits seit über 100 Jahren den Zusammenhang zwischen der Menge des Spurengases CO2 in der Atmosphäre und der globalen Temperatur. In den vergangenen rund 30 Jahren konnte der Mensch als Hauptverursacher des beobachteten Klimawandels identifiziert und das Risiko einer ungebremsten Erderwärmung verstanden werden. Die enorme Komplexität des Klimasystems, seine chaotischen Anteile und die örtliche wie zeitliche Entgrenzung des Klimawandels stellen weiterhin hohe Anforderungen an die Forschung. Abstrakte, mathematische Klimamodelle und Szenarien loten mögliche „Zukünfte“ aus und liefern die Basis für gesellschaftliche Entscheidungen.

Geschichte der Klimaforschung

Die nachfolgende Timeline gibt in 18 Schritten einen ersten Überblick über die Fortschritte der Klimaforschung seit Entdeckung der Infrarotstrahlung durch Wilhelm Herschel in 1800 bis zum Start des ARGO-Programms in 2007. Als Hauptquelle diente das Buch und die dazugehörige Website „The Discovery of Global Warming“ (online abgerufen am 12. Januar 2021) von Spencer R. Weart, der bis zu seiner Emeritierung 2009 Direktor des Center for History of Physics des American Institute of Physics (AIP) war. Auf seiner Website finden sich ausführliche Informationen zur Geschichte der Klimaforschung. Außerdem danken wir Professor Christoph Schneider (HU/BUA) und Professor Wilfried Endlicher (HU/BUA) für die wissenschaftliche Beratung zu den Inhalten.

Die Lücke zwischen Wissen und Handeln

DUZ-Themenschwerpunkt zur Klimaforschung mit Klick auf das Bild lesen (PDF)
Themenschwerpunkt Klima. DUZ Magazin für Wissenschaft & Gesellschaft, Ausgabe 10/2020, S. 18-31, www.duz.de

Der Klimawandel hält sich nicht an Ländergrenzen. Die Klimaforschung ist deshalb sehr international aufgestellt, außerdem interdisziplinär (unterschiedliche Wissenschaftsdisziplinen arbeiten zusammen) und transdisziplinär (Wissenschaft und Praxis arbeiten zusammen). Neben dem naturwissenschaftlichen Systemverständnis spielt das Verständnis des menschlichen Gesellschaftssystems, der gesellschaftlichen Möglichkeiten von Resilienz sowie Innovation und Transformation eine immer größere Rolle. Diese Entwicklung bildet sich in den heutigen Forschungsvorhaben ab, in denen neben den Naturwissenschaften (Meteorologie, Ozeanographie, Biogeochemie, Physik …) immer öfter Sozialwissenschaften (Politologie, Ökonomie, Soziologie, Psychologie, Kommunikationswissenschaften …) sowie Technik und Ingenieurswissenschaften zusammenarbeiten. Längst stehen Klimaforschung und Gesellschaft vor der Frage: „Warum wissen wir so viel und handeln so wenig?“ Dieses als „knowledge-action gap“ bezeichnete Phänomen beschäftigt immer mehr Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Praxis. Das in immer mehr Ländern anerkannte Politikziel, bis zur Mitte des Jahrhunderts klimaneutral zu leben und zu wirtschaften, erfordert gut aufeinander abgestimmte Transformationspfade in allen gesellschaftlichen Bereichen. Inter- und transdisziplinäre Forschung sowie Praxistests in Reallaboren liefern die nötigen Innovationen.

Aktuelle Forschungsfelder

DKK-Positionspapier mit Klick auf das Bild herunterladen (PDF)
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Gleichzeitig gibt es weiterhin Bedarf, das naturwissenschaftliche Verständnis des Klimasystems zu vertiefen. Zum Beispiel können die Ozeane – eine der größten Klimakomponenten des Erdsystems – erst durch die Entwicklung neuer Techniken (moderne Forschungsschiffe, Tauchgeräte, Messbojen…) besser beforscht und verstanden werden. Ein anderes Beispiel ist das riesige Eisschild, das Grönland bedeckt und bei völligem Abschmelzen einen Meeresspiegelanstieg von rund sieben Metern verursachen würde. Derzeit arbeitet die Forschung an einem besseren Verständnis der sich durch den Klimawandel beschleunigenden Abschmelzprozesse.

Der Klimawandel zählt zu den kollektiven Handlungsproblemen von globaler Reichweite, zu dessen Lösung wissenschaftliches Wissen erforderlich ist. Die Bereiche wissenschaftsbasierte Kommunikation und Beratung werden daher immer wichtiger, um den globalen Suchprozess nach einer effizienten Transformation in ein postfossiles Zeitalter und einer kostengünstigen Anpassung an den nicht mehr vermeidbaren Klimawandel möglichst irrtums-arm gestalten zu können.

Das DKK hat sich in seinem Positionspapier „Perspektiven für die Klimaforschung 2015 bis 2025“ zu den zentralen Aufgabenfeldern der Zukunft geäußert.

Die Klimaforschung arbeitet international zusammen

Auf internationaler Ebene hat sich dafür ein breites Bündnis wissenschaftlicher und nicht- wissenschaftlicher Akteure formiert. Hierzu zählen die Vereinten Nationen (UN) und ihr Umweltprogramm (UNEP) sowie die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC). Seit seiner Gründung im Jahr 1988 fasst der IPCC etwa alle sieben Jahre in seinen Sachstandsberichten den wissenschaftlichen Kenntnisstand zum Klimawandel für politische Entscheidungsträger zusammen, ohne dabei spezielle Handlungsempfehlungen für die Politik auszusprechen. Einen Überblick über alle Berichte und die beteiligten DKK-Mitglieder finden Sie hier. Erste Kontaktstelle in Deutschland für alle Fragen rund um die Arbeit des Weltklimarats ist die Deutsche IPCC-Koordinierungsstelle. Die Erkenntnisse aus den IPCC-Sachstandsberichten fließen direkt in die Verhandlungen der jährlichen Weltklimakonferenzen (COP – Conferences of the Parties) ein. 

Bereits im Jahre 1980 wurde vom International Council for Science (ICSU) und der WMO das internationale Weltklimaforschungsprogramm World Climate Research Programme (WCRP) gegründet, um international und koordiniert das naturwissenschaftliche Systemverständnis zu befördern. Das 10-jährige Forschungsprogramm „Future Earth“ folgte 2012. Ziel dieser Initiative ist es, integrative und lösungsorientierte Nachhaltigkeitsforschung zu fördern.

Auf europäischer Ebene hat vor allem das Rahmenprogramm der Europäischen Kommission für Forschung und Innovation (Horizon 2020) wichtige Impulse für weitere Forschung gesetzt. Zum 1. Januar 2021 wurde „Horizon2020“ durch das umfangreichere Folgeprogramm „Horizon Europe“ ersetzt. Dabei bilden die Wissenschaftsexzellenz, globale Herausforderungen und die industrielle Wettbewerbsfähigkeit Europas sowie „Innovatives Europa“ die drei inhaltlichen Schwerpunkte des Programms.

Diese Akteure erforschen das Klima in Deutschland

Auf nationaler Ebene erfolgt Klimaforschung in zahlreichen Strukturen und unter diversen Schwerpunkten. Die Finanzierung ist überwiegend durch die Bundesländer und das Bundesforschungsministerium (BMBF) gesichert. Die Strukturen lassen sich grob folgendermaßen einteilen:

  • Die außeruniversitären Forschungseinrichtungen: dazu zählen die Institute der Max-Planck-Gesellschaft sowie der Helmholtz- und Leibniz-Gemeinschaft. Die anwendungsorientierte und vor allem ingenieurwissenschaftliche Klima- und Energieforschung findet an zahlreichen Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft statt.
  • An den über hundert Universitäten in Deutschland wird ebenfalls in vielen Zusammenhängen zu Klima und Umwelt geforscht. Durch die Förderung von Exzellenz-Clustern und einer besseren Zusammenarbeit zwischen den außeruniversitären Forschungseinrichtungen und den Universitäten sind inzwischen Universitäten mit Schwerpunkt Klimaforschung entstanden. Zu nennen ist die Universität Hamburg mit dem Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) und dem Center for Sustainable Society Research (CSS) oder die Universität Bremen mit dem Institut für Umweltphysik (IUP) und dem Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM). Auch für die vier Partnereinrichtungen der Berlin University Alliance ist die Forschung zu Klimawandel und dessen Auswirkungen seit Jahren ein wichtiger Schwerpunkt, ausgewiesen durch eine besondere interdisziplinäre Breite.
  • Schließlich ist die Ressortforschung zu nennen, die an nachgeordneten wissenschaftlichen Fachbehörden von Bundes- und Landesministerien stattfindet. In Bezug auf die Klimaforschung sind hier zentral das Umweltbundsamt und der Deutsche Wetterdienst zu nennen. Aber auch anderen Behörden sind mit dem Klimawandel befasst. Etwa entwickelt und betreibt das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Karten zu Waldbrandgefahr und Starkregen.
  • Beiräte und Fachkommissionen für die Exekutive und Legislative bereiten das wissenschaftliche Wissen im Auftrag der Politik auf und beraten die Regierungen (u. a. SRU, WBGU, RNE).
  • Weitere Forschungseinrichtungen, die auf privatgesellschaftliche Gründungen zurückgehen, sind das Wuppertal-Institut sowie die Öko- oder Mercator-Institute.
  • Auch NGOs, Verbände und Stiftungen beteiligen sich an der Forschung, und vergeben Aufträge für Studien und Projekte.

Die Drittmittelforschung ist ein wesentlicher Treiber von Innovationen. Das Forschungsprogramm für Nachhaltigkeit (FONA) des BMBF fördert derzeit angewandte und problemorientierte Forschung in den Themenfeldern Zukunftsstadt, Energiewende und nachhaltiges Wirtschaften.

Zu nennen ist auch das Deutsche Komitee für Nachhaltigkeitsforschung in Future Earth (DKN Future Earth), eine Gründung des BMBF, des Bundesumweltministeriums (BMU) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). DKN Future Earth agiert als unabhängiges, wissenschaftliches Beratergremium gegenüber Forschungsförderern sowie als nationale Plattform für Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, die sich mit dem Thema globale Nachhaltigkeit befassen.

Die genannten Forschungseinrichtungen forschen mit unterschiedlichen Schwerpunkten und haben teilweise unterschiedliche Adressaten. Eine trennscharfe Aufteilung ist nicht möglich und auch nicht gewollt, denn sie würde der notwendigen Freiheit der Forschung zuwiderlaufen. Allerdings kann man der Klimaforschung grob diese sechs Aufgaben zuweisen:

  • Erdsystem beobachten und verstehen (Klimadaten gewinnen)
  • Gesellschaft beobachten und verstehen (Gesellschaftsdaten gewinnen)
  • Modellieren und projizieren von klimatischen Prozessen
  • Bewerten und begutachten von Klimadaten und Klimaprojektionen 
  • Politik und Gesellschaft beraten
  • Aufbau von Infrastrukturen und Klimakompetenz weltweit unterstützen (Capacity Building)

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