Ein einfaches Modell für die Vorhersage von CO2 Konzentrationen in der Atmosphäre in Abhängigkeit von globalen CO2 Emissionen

Abstract

Es wird das vielleicht einfachst mögliche Modell vorgestellt, mit dem zeitabhängige CO₂ Konzentrationen c(t) in der Atmosphäre ausgehend von verschiedenen globalen Emissionsszenarien für CO₂ berechnet werden. Dazu wird eine einzelne inhomogene lineare Differenzialgleichung 1. Ordnung hergeleitet, deren Parameter sich aus den quantitativen Daten des global carbon project sowie Mauna Loa Daten für CO₂ Konzentrationen errechnen. Das Modell wird erstens getestet am Zeitraum 1960 bis 2020 mit vergleichsweise guter quantitativer Übereinstimmung zu Messdaten. Zweitens wird für zwei typische IPCC Emissions-Szenarien ein Vergleich der Modellvorhersagen mit denen der komplexen IPCC Earth-System-Klimamodelle diskutiert mit qualitativer Übereinstimmung des zeitlichen Verlaufs. Drittens werden Ergebnisse einiger ausgewählter neuer Emissionsszenarien präsentiert. Ungeachtet einiger Abweichungen zu komplexeren Klimamodellen  zeichnet sich unser Modell durch zwei wichtige Vorteile für die Lehre aus. Zum einen ist es sehr einfach für Studierende und begabte Schüler nutzbar, da die erforderliche Lösung der Differentialgleichung bereits mit handelsüblicher Tabellenkalkulationssoftware wie z.B. Excel programmiert werden kann. Dadurch gestattet es zum anderen auch sehr einfach, den zeitlichen Verlauf von Emissionsszenarien zu verändern und innerhalb weniger Sekunden Veränderungen aufgrund geänderter Eingaben zu berechnen. Insofern eignet sich das Modell sehr gut als Einstieg in das Thema Klimamodellierung in einführenden Hochschulvorlesungen zum Themenbereich Kohlenstoffkreislauf und Klimawandel. In der Schule kann es gegen Ende der Sekundarstufe 2 beispielsweise im Projektunterricht zum Themenkomplex Nachhaltigkeit in Physik und/oder Mathematik eingesetzt werden.