Das Klimasystem besteht aus Atmosphäre, Ozean, Erdreich, Kryosphäre und biologischen Lebensformen (Biota). Es ist durch eine endliche Anzahl von Parametern gekennzeichnet, deren Werte zu einem vorgegebenen Zeitpunkt den Zustand des Klimasystems bestimmen.

Vorhersage, Messungen, Statistiken

Ein Klimamodell lässt sich als Zusammenspiel einer Reihe von Zuständen, Prozessen, deren Wahrscheinlichkeiten und Wechselwirkungen definieren, die das Klimasystem über ein ausreichend ausgedehntes Zeitintervall charakterisieren. Das zentrale Problem der Klimatheorie sind die genauen Vorhersage und Messung der durch den Menschen verursachten globalen Veränderungen.

Dieses Problem lässt sich nicht mit den traditionellen Methoden lösen, die in den Naturwissenschaften zum Einsatz kommen. Als physikalisches Objekt ist das Klimasystem sehr komplex, dynamisch, von vielen Faktoren abhängig und weist eine Reihe spezifischer Merkmale auf. Die Klimamodellierung ist genauso kompliziert – vielleicht sogar noch komplizierter – wie die detaillierte Modellierung von hochentwickelten Lebewesen.

Um die Komplexität zu verringern, versuchen Wissenschaftler, die Klimamodelle zu vereinfachen, indem sie nur die wichtigsten Parameter der realen Prozesse berücksichtigen. Klimamodelle werden verwendet, um anthropogene Effekte in den Klimadaten des 20. Jahrhunderts zu erkennen und zukünftige Klimaveränderungen zu berechnen.

Verlässlichkeit langfristiger Prognosen

Die Probleme der Vorhersage von Klimaveränderungen haben im Gegensatz zu Problemen der klassischen Physik ihre eigene Besonderheit: Sie erlauben kein direktes physikalisches Experiment. Außerdem scheinen Laborexperimente aufgrund der Annahme, dass es sich bei der Atmosphäre und dem Ozean um dünne, homogene Schichten handelt, sehr problematisch zu sein.

Die Schwierigkeit bei der Erstellung genauer Klimamodelle besteht auch darin, dass die Menschheit nur über einen historisch kurzen und sehr begrenzten Satz von Beobachtungsdaten verfügt, und zwar nur über wenige Komponenten des Klimasystems. Das beeinträchtigt die Genauigkeit und Verlässlichkeit langfristiger Prognosen. Das Hauptinstrument zur Untersuchung und Vorhersage des Klimasystems ist die mathematische Modellierung, auf deren Grundlage die wichtigsten Ergebnisse der Klimatheorie erzielt wurden.