Klimamodelle – Möglichkeiten und Grenzen

Was Computersimulationen über das Klima aussagen können

Klimamodelle gehören zu den wichtigsten Werkzeugen der modernen Klimaforschung. Mit ihrer Hilfe versuchen Wissenschaftler zu verstehen, wie Atmosphäre, Ozeane, Eisflächen und Landoberflächen miteinander wechselwirken und wie sich das Klima unter veränderten Bedingungen entwickeln könnte.

Doch ein Klimamodell ist kein digitales Abbild der Erde und keine Messung der Zukunft. Es ist eine mathematische Annäherung an ein außerordentlich komplexes System. Welche Prozesse berücksichtigt werden, wie detailliert sie dargestellt werden und welche Annahmen in die Berechnungen eingehen, beeinflusst deshalb auch die Ergebnisse.

Genau darüber wird innerhalb der Klimaforschung zunehmend diskutiert: Was können immer komplexere Klimamodelle tatsächlich leisten? Wo liegen ihre Grenzen? Und bedeutet eine höhere Auflösung automatisch eine zuverlässigere Aussage über die Zukunft?

Was ist eigentlich ein Klimamodell?

Klimamodelle sind Computerprogramme, die wesentliche Vorgänge des Klimasystems mathematisch beschreiben. Grundlage sind physikalische, chemische und teilweise biologische Gesetzmäßigkeiten. Berechnet werden beispielsweise Strömungen in Atmosphäre und Ozeanen, der Austausch von Wärme und Feuchtigkeit sowie Veränderungen von Eis und Landoberflächen.

Der Weltklimarat IPCC beschreibt Klimamodelle entsprechend als Computerwerkzeuge, mit denen vergangene, gegenwärtige und mögliche zukünftige Klimaänderungen untersucht werden. Unterschiedliche Modelle enthalten dabei unterschiedlich viele Prozesse und unterschiedliche Detailgrade. Deshalb können ihre Ergebnisse voneinander abweichen.

Die Erde wird für solche Berechnungen in ein dreidimensionales Gitternetz aufgeteilt. Viele Vorgänge spielen sich jedoch auf einer wesentlich kleineren räumlichen Ebene ab, als das jeweilige Modell direkt berechnen kann. Dazu gehören beispielsweise bestimmte Prozesse bei der Entstehung von Wolken und Niederschlägen.

Solche Vorgänge müssen vereinfacht mathematisch beschrieben – „parametrisiert“ – werden. Verschiedene Modellgruppen können dabei unterschiedliche Verfahren verwenden. Schon deshalb existiert nicht das eine Klimamodell.

Klimaprojektion ist keine Wettervorhersage

Ein häufiger Irrtum besteht darin, eine Klimaprojektion wie eine langfristige Wettervorhersage zu betrachten. Eine Wettervorhersage versucht vorherzusagen, welches Wetter an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit herrschen wird. Klimamodelle untersuchen dagegen langfristige statistische Veränderungen und Zusammenhänge.

Hinzu kommt eine weitere Unsicherheit: Niemand weiß heute exakt, wie sich Bevölkerung, Wirtschaft, Energieverbrauch, Technologien und Emissionen in den kommenden Jahrzehnten entwickeln werden.

Deshalb rechnen Klimaforscher unterschiedliche Szenarien durch. Das Ergebnis lautet also nicht: So wird das Klima im Jahr 2100 sein. Vielmehr lautet die Fragestellung vereinfacht: Wie könnte sich das Klimasystem entwickeln, wenn bestimmte Bedingungen und Entwicklungen eintreten?

Diese Unterscheidung ist wichtig, wenn langfristige Modellrechnungen für politische oder wirtschaftliche Entscheidungen herangezogen werden.

Modelle werden an der Wirklichkeit überprüft

Klimamodelle entstehen nicht losgelöst von Beobachtungen. Wissenschaftler prüfen sie unter anderem daran, wie gut sie bereits bekannte Entwicklungen der Vergangenheit reproduzieren können. Dazu werden instrumentelle Messungen, aber auch Erkenntnisse über weiter zurückliegende Klimaperioden herangezogen.

Stimmen Modell und Beobachtung in wichtigen Bereichen überein, stärkt dies das Vertrauen darin, dass wesentliche Prozesse richtig erfasst werden. Doch auch hierbei zeigen sich Unterschiede.

Der IPCC weist selbst darauf hin, dass einzelne Modelle die beobachtete Erwärmung stärker oder schwächer simulieren als tatsächlich gemessen. Deshalb werden neben Modellrechnungen weitere Erkenntnisse aus Beobachtungen und physikalischer Forschung verwendet, um Projektionen einzugrenzen.

Modelle und Beobachtungen sind also nicht dasselbe. Vielmehr werden Modelle fortlaufend mit der beobachteten Realität verglichen, bewertet und weiterentwickelt.

Wenn Modelle unterschiedlich reagieren

Besonders deutlich wurde dieses Problem bei der Modellgeneration CMIP6, deren Ergebnisse eine wesentliche Grundlage des sechsten IPCC-Sachstandsberichts bilden.

Ein Teil dieser Modelle reagierte auf steigende Treibhausgaskonzentrationen wesentlich empfindlicher als andere Modelle. In der wissenschaftlichen Diskussion entstand dafür die Bezeichnung „Hot Models“.

Das führte zu einer bemerkenswerten Konsequenz: Für zentrale Aussagen des IPCC wurden nicht einfach sämtliche verfügbaren Modellergebnisse gleich behandelt. Stattdessen wurden Modellberechnungen mit weiteren Erkenntnissen aus Beobachtungen und physikalischer Forschung kombiniert.

Das bedeutet nicht, dass Klimamodelle wertlos wären. Es zeigt vielmehr, wie entscheidend die Bewertung und Einordnung ihrer Ergebnisse ist.

Die Frage, welche Modelle für welche Fragestellung geeignet sind und wie stark einzelne Ergebnisse gewichtet werden sollten, ist selbst Gegenstand wissenschaftlicher Forschung.

Immer komplexer – aber auch immer besser?

Mit zunehmender Rechenleistung sind Klimamodelle über Jahrzehnte immer umfangreicher geworden. Moderne Erdsystemmodelle berücksichtigen neben Atmosphäre und Ozeanen unter anderem Eisflächen, Vegetation, Kohlenstoffkreisläufe und biogeochemische Prozesse.

Doch mehr Komplexität hat einen Preis. Je mehr Prozesse miteinander verbunden werden, desto schwieriger kann es werden, Ursache und Wirkung einzelner Veränderungen zu erkennen. Gleichzeitig steigt der Rechenaufwand enorm.

Deshalb plädieren Wissenschaftler inzwischen wieder verstärkt dafür, neben hochkomplexen Erdsystemmodellen auch vereinfachte und idealisierte Modelle einzusetzen. Mit ihnen lassen sich einzelne Prozesse isolieren und Hypothesen gezielter überprüfen.

Die interessante Erkenntnis lautet deshalb:
Das komplexeste Modell muss nicht für jede wissenschaftliche Frage automatisch das beste Modell sein.

„Alle Klimamodelle sind falsch“?

Besonders deutlich formulierte es der französische Klimaforscher Hervé Douville vom Centre National de Recherches Météorologiques, der selbst als koordinierender Leitautor am sechsten IPCC-Sachstandsbericht beteiligt war.

Sein 2026 in PLOS Climate veröffentlichter Beitrag trägt den provozierenden Titel:
„All climate models are wrong but wrong models are useful“ – Alle Klimamodelle sind falsch, aber falsche Modelle sind nützlich.

Gemeint ist damit nicht, dass Klimamodelle beliebige oder wertlose Ergebnisse liefern. Douville argumentiert vielmehr, dass Erdsystemmodelle nicht als perfekte Nachbildungen des tatsächlichen Erdsystems missverstanden werden dürfen. Er verweist neben Modellunsicherheiten ausdrücklich auf weitere Unsicherheitsquellen, darunter die natürliche Klimavariabilität und die zukünftigen Szenarien.

Seine Schlussfolgerung ist deshalb keine Abkehr von Klimamodellen. Im Gegenteil: Unvollkommene Modelle können außerordentlich nützlich sein – wenn ihre jeweiligen Möglichkeiten und Grenzen bekannt sind und bei der Interpretation berücksichtigt werden.

Die wissenschaftliche Diskussion ist nicht beendet

Die Klimaforschung steht damit vor einem interessanten Spannungsfeld. Auf der einen Seite ermöglichen leistungsfähigere Computer immer detailliertere Simulationen des Erdsystems. Auf der anderen Seite wächst innerhalb der Wissenschaft das Bewusstsein dafür, dass höhere Auflösung und größere Komplexität nicht automatisch alle Unsicherheiten beseitigen.

2025 forderte eine Gruppe von Wissenschaftlern in AGU Advances deshalb ausdrücklich, vereinfachten und idealisierten Modellen wieder größere Bedeutung innerhalb der Erdsystemforschung einzuräumen. Gerade ihre Einfachheit könne helfen, physikalische Zusammenhänge besser zu verstehen und Fehler komplexerer Modelle aufzudecken.

Auch Douville warnt 2026 vor der Vorstellung, immer höher aufgelöste Modelle könnten sämtliche Probleme lösen. Für bestimmte Fragestellungen könnten bessere Beobachtungsdaten, größere Modellensembles oder eine bessere Erfassung anderer Unsicherheiten wichtiger sein als noch höhere räumliche Auflösung.

Die Diskussion über Klimamodelle findet damit nicht außerhalb der Klimawissenschaft statt. Sie findet mitten in ihr statt.

Was aus dieser Kritik nicht folgt

Die Grenzen von Klimamodellen sollten weder verschwiegen noch überinterpretiert werden. Aus Unsicherheiten einzelner Modelle folgt nicht, dass der Treibhauseffekt von Kohlendioxid widerlegt wäre oder dass ein menschlicher Einfluss auf die gegenwärtige Erwärmung ausgeschlossen werden könnte. Der IPCC bewertet den menschlichen Einfluss auf die Erwärmung von Atmosphäre, Ozean und Land als eindeutig.

Offene Fragen bestehen vielmehr unter anderem darüber, wie stark bestimmte Rückkopplungen wirken, wie groß die Klimasensitivität genau ist, wie sich Veränderungen regional ausprägen und welche Modelle für bestimmte Fragestellungen besonders aussagekräftig sind.

Gerade diese Unterscheidung ist wichtig: Wissenschaftliche Unsicherheit bedeutet nicht Unwissen. Sie beschreibt vielmehr die Grenzen dessen, was mit einer bestimmten Sicherheit gesagt werden kann.

Klimamodelle als Werkzeug – nicht als Kristallkugel

Klimamodelle haben wesentlich zum Verständnis des Klimasystems beigetragen. Ohne sie wären viele Zusammenhänge zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Strahlung und Treibhausgasen kaum quantitativ zu untersuchen.

Gleichzeitig bleiben sie Modelle einer Wirklichkeit, die erheblich komplexer ist als jede Computersimulation.

Deshalb lohnt es sich, genauer hinzusehen: Wie unterscheiden sich die Modelle? Warum berechnen einige eine stärkere Erwärmung als andere? Welche Rolle spielen Wolken, Aerosole und natürliche Schwankungen? Und warum setzen Wissenschaftler neben immer leistungsfähigeren Erdsystemmodellen wieder auf einfachere Modelle?

Diesen Fragen gehen wir auf den folgenden Seiten nach.

Vertiefende Beiträge

Wenn Klimamodelle zu heiß rechnen
Warum einige CMIP6-Modelle eine besonders starke Erwärmung simulieren – und wie die Klimaforschung mit dem „Hot-Model“-Problem umgeht.

Komplexer ist nicht immer besser
Warum Wissenschaftler neben immer detaillierteren Erdsystemmodellen wieder einfachere Modelle fordern.

Klimasensitivität – wie stark wirkt CO2?
Was hinter ECS und TCR steckt und warum die Stärke der Erwärmung bei steigenden CO2-Konzentrationen weiterhin mit Bandbreiten angegeben wird.

Klimamodelle in der wissenschaftlichen Debatte
Von früherer grundsätzlicher Modellkritik bis zur heutigen Diskussion innerhalb der Klimaforschung – und was sich daraus tatsächlich ableiten lässt.