Gavin Schmidt: The emergent patterns of climate change

Gavin Schmidt: Die Muster des Klimawandels

Übersetzung: Tobias König Lektorat: Jo Pi

We live in a very complex environment:

Wir leben in einer Umwelt,

complexity and dynamism

die sehr komplex und dynamisch ist.

Satellitenbilder und Videos belegen das

and patterns of evidence

und lassen Klimamuster erkennbar werden.

from satellite photographs, from videos.

You can even see it outside your window.

Man kann diese Muster sogar vom Fenster aus sehen.

It's endlessly complex, but somehow familiar,

Sie sind überaus komplex, wirken aber vertraut.

but the patterns kind of repeat,

Diese Muster scheinen sich zu wiederholen,

but they never repeat exactly.

sind aber nie genau gleich.

It's a huge challenge to understand.

Es ist eine enorme Herausforderung, sie zu verstehen.

The patterns that you see

Die Muster, die Sie sehen,

are there at all of the different scales,

gibt es in allen Größenordnungen.

Man kann diese Muster aber nicht in kleinere Einheiten aufteilen und sagen:

but you can't chop it into one little bit and say,

"Oh, well let me just make a smaller climate."

“Dann entwerfe ich eben ein kleineres Klimamodell."

I can't use the normal products of reductionism

Man kann nicht die typische Form des Reduktionismus anwenden,

to get a smaller and smaller thing that I can study

um immer kleinere Einheiten zu erhalten,

in a laboratory and say, "Oh,

die man im Labor untersuchen kann, um dann zu sagen:

now that's something I now understand."

"Jetzt verstehe ich das alles."

It's the whole or it's nothing.

Entweder man versteht alles oder nichts.

The different scales that give you

Die unterschiedlichen Maßstäbe,

these kinds of patterns

die diese Muster sichtbar machen,

range over an enormous range of magnitude,

umfassen eine enorme Skala an Größenordnungen.

roughly 14 orders of magnitude,

Es gibt etwa 14 davon,

from the small microscopic particles

von mikroskopisch kleinen Partikeln

that seed clouds

zur Wolkenimpfung

to the size of the planet itself,

bis zur Größe der Erde,

from 10 to the minus six

von 10 hoch -6 m

to 10 to the eight,

bis 10 hoch 8 m,

14 orders of spatial magnitude.

14 räumliche Größenordnungen.

In time, from milliseconds to millennia,

Auch bei Zeiteinheiten, von Millisekunden bis zu Jahrtausenden,

again around 14 orders of magnitude.

unterscheidet man ca. 14 Größenordnungen.

What does that mean?

Was bedeutet das?

Okay, well if you think about how

Wenn man wissen möchte,

you can calculate these things,

wie sich diese Dinge berechnen lassen,

you can take what you can see,

dann sammelt man Beobachtungsdaten,

okay, I'm going to chop it up

teilt diese in viele kleine Einheiten auf

into lots of little boxes,

and that's the result of physics, right?

und erhält so physikalisch korrekte Ergebnisse.

And if I think about a weather model,

Ein Wettermodell

that spans about five orders of magnitude,

umfasst ca. fünf Größenordnungen,

from the planet to a few kilometers,

von der Größe der Erde bis zu wenigen Kilometern.

and the time scale

Zeiteinheiten reichen von wenigen Minuten

from a few minutes to 10 days, maybe a month.

bis zu zehn Tagen oder vielleicht einem Monat.

We're interested in more than that.

Wir wollen aber mehr wissen.

We're interested in the climate.

Uns interessiert das Klima.

That's years, that's millennia,

Hier sind Jahre, Jahrtausende

and we need to go to even smaller scales.

und sogar noch kleinere Maßstäbe relevant.

The stuff that we can't resolve,

Kürzere Prozesse,

the sub-scale processes,

die wir nicht untersuchen können,

we need to approximate in some way.

müssen wir annähernd berechnen.

That is a huge challenge.

Das ist eine enorme Herausforderung.

Climate models in the 1990s

Klimamodelle in der 1990ern

took an even smaller chunk of that,

haben noch weniger Größenordnungen,

only about three orders of magnitude.

nur ungefähr drei, berücksichtigt.

Climate models in the 2010s,

Klimamodelle zu Beginn des 21. Jahrhunderts,

kind of what we're working with now,

mit denen wir im Moment arbeiten,

four orders of magnitude.

greifen auf vier Größenordnungen zurück.

We have 14 to go,

14 Größenordnungen gibt es,

and we're increasing our capability

und alle zehn Jahre gelingt es uns,

of simulating those at about

eine weitere Größenordnung zu simulieren.

one extra order of magnitude every decade.

One extra order of magnitude in space

Jede zusätzliche räumliche Größenordnung

is 10,000 times more calculations.

erhöht den Rechenaufwand um ein 10 000-Faches,

And we keep adding more things,

und wir fügen immer weitere Elemente hinzu,

more questions to these different models.

die wieder neue Fragen aufwerfen.

So what does a climate model look like?

Wie sieht also ein Klimamodell aus?

This is an old climate model, admittedly,

Hier sehen Sie zugegebenermaßen ein altes Modell,

a punch card, a single line of Fortran code.

eine Lochkarte mit einer einzigen Fortran-Codezeile.

We no longer use punch cards.

Wir benutzen keine Lochkarten mehr,

We do still use Fortran.

aber wir verwenden immer noch Fortran.

New-fangled ideas like C

Neumodische Programmiersprachen wie C

really haven't had a big impact

hatten keinen großen Einfluss

on the climate modeling community.

auf die Entwicklung von Klimamodellen.

But how do we go about doing it?

Wie gehen wir nun also vor?

How do we go from that complexity that you saw

Wie gelangen wir von der vorhin erwähnten Komplexität

to a line of code?

zu einer Codezeile?

Wir gehen Schritt für Schritt vor.

We do it one piece at a time.

This is a picture of sea ice

Hier sehen Sie ein Luftbild von Meereis,

taken flying over the Arctic.

das über der Arktis aufgenommen wurde.

We can look at all of the different equations

Wir können alle Gleichungen betrachten,

that go into making the ice grow

die dazu führen, dass das Eis wächst,

or melt or change shape.

schmilzt oder seine Form verändert.

We can look at the fluxes.

Wir können Größenänderungen

We can look at the rate at which

und die Zeit betrachten,

snow turns to ice, and we can code that.

in der Schnee zu Eis wird,

We can encapsulate that in code.

und das können wir als Code darstellen.

These models are around

Der Code dieser Modelle umfasst

a million lines of code at this point,

im Moment ca. eine Million Zeilen

and growing by tens of thousands of lines of code

und wird jedes Jahr um zehntausende Zeilen erweitert.

every year.

So you can look at that piece,

Dies ist ein Bestandteil,

but you can look at the other pieces too.

aber man kann noch weitere betrachten.

What happens when you have clouds?

Was ist eigentlich mit Wolken?

What happens when clouds form,

Was passiert, wenn sich Wolken bilden,

when they dissipate, when they rain out?

sich auflösen oder ausregnen?

That's another piece.

Das ist ein weiteres Element.

What happens when we have radiation

Was geschieht,

coming from the sun, going through the atmosphere,

wenn Solarstrahlung die Atmosphäre durchdringt,

being absorbed and reflected?

absorbiert und reflektiert wird?

We can code each of those very small pieces as well.

Jedes dieser winzigen Elemente können wir als Code darstellen.

There are other pieces:

Es gibt noch weitere Elemente:

the winds changing the ocean currents.

Winde, die Meeresströmungen ändern,

We can talk about the role of vegetation

und die Rolle der Vegetation

in transporting water from the soils

beim Transport von Wasser aus dem Boden

back into the atmosphere.

zurück in die Atmosphäre.

And each of these different elements

Jedes dieser Elemente

we can encapsulate and put into a system.

können wir in einem System zusammenfassen.

Each of those pieces ends up adding to the whole.

Jedes Element trägt zum großen Ganzen bei.

And you get something like this.

Und dann erhält man Folgendes:

You get a beautiful representation

eine anschauliche Darstellung

of what's going on in the climate system,

der Vorgänge im Klimasystem,

where each and every one of those

in dem jedes auftauchende Klimamuster --

emergent patterns that you can see,

die Wirbel im Südlichen Ozean,

the swirls in the Southern Ocean,

the tropical cyclone in the Gulf of Mexico,

der tropische Wirbelsturm im Golf von Mexiko,

and there's two more that are going to pop up

und zwei weitere,

in the Pacific at any point now,

die gleich im Pazifik auftauchen;

those rivers of atmospheric water,

die Ströme des Wasserdampfes in der Atmosphäre --

all of those are emergent properties

all diese spontan auftretenden Eigenschaften,

that come from the interactions

die aus dem Zusammenspiel

of all of those small-scale processes I mentioned.

aller kleineren Prozesse hervorgehen.

There's no code that says,

Kein Code schreibt vor:

"Erschaffe einen Wirbel im Südlichen Ozean."

"Do a wiggle in the Southern Ocean."

There's no code that says, "Have two

Kein Code schreibt vor:

"Erschaffe zwei tropische Wirbelstürme, die einander umkreisen."

tropical cyclones that spin around each other."

All of those things are emergent properties.

All das sind Eigenschaften, die spontan auftreten.

This is all very good. This is all great.

Das alles ist großartig.

But what we really want to know

Wir wollen aber wissen,

is what happens to these emergent properties

was mit diesen Eigenschaften geschieht,

when we kick the system?

wenn wir das System beeinflussen.

When something changes, what happens to those properties?

Was geschieht mit diesen Eigenschaften, wenn sich etwas ändert?

And there's lots of different ways to kick the system.

Es gibt viele Möglichkeiten, das System zu beeinflussen.

There are wobbles in the Earth's orbit

Im Verlauf von Hunderttausenden von Jahren

over hundreds of thousands of years

gibt es in der Erdbahn Schwankungen,

that change the climate.

die das Klima beeinflussen.

There are changes in the solar cycles,

Sonnenfleckenzyklen ändern sich etwa alle elf Jahre

every 11 years and longer, that change the climate.

Big volcanoes go off and change the climate.

Große Vulkane brechen aus und verändern das Klima.

Changes in biomass burning, in smoke,

Veränderungen beim Verbrennen von Biomasse,

in aerosol particles, all of those things

bei Rauchgasen oder Aerosolen;

change the climate.

all das verändert das Klima.

The ozone hole changed the climate.

Das Ozonloch hat das Klima verändert.

Deforestation changes the climate

Entwaldung verändert das Klima,

by changing the surface properties

indem die Bodenbeschaffenheit,

and how water is evaporated

die Verdunstung und der Transport von Wasser

and moved around in the system.

in diesem System beeinflusst werden.

Contrails change the climate

Kondensstreifen verändern das Klima,

by creating clouds where there were none before,

weil sie Wolken bilden, wo vorher keine waren,

and of course greenhouse gases change the system.

und auch Treibhausgase verändern natürlich das Klima.

Each of these different kicks

Jeder dieser unterschiedlichen Einflüsse

provides us with a target

liefert uns einen Parameter,

to evaluate whether we understand

mit dem wir überprüfen können,

something about this system.

ob wir dieses System verstehen.

So we can go to look at

Wir können uns also überlegen,

what model skill is.

was ein effektives Modell ausmacht.

Now I use the word "skill" advisedly:

Ich benutze das Wort "effektiv" mit Bedacht:

Models are not right or wrong; they're always wrong.

Modelle sind immer falsch.

They're always approximations.

Sie sind immer nur Annäherungen.

The question you have to ask

Man muss sich also fragen,

is whether a model tells you more information

ob ein Modell mehr Informationen liefert,

than you would have had otherwise.

als man ohne dieses Modell hätte.

If it does, it's skillful.

Wenn man mehr Informationen erhält, ist es ein effektives Modell.

This is the impact of the ozone hole

Hier sehen Sie den Einfluss des Ozonlochs

auf den Luftdruck auf Meereshöhe, also niedriger und hoher Luftdruck,

on sea level pressure, so low pressure, high pressures,

around the southern oceans, around Antarctica.

um den Südlichen Ozean und um die Antarktis herum.

This is observed data.

Links sehen Sie Beobachtungsdaten

This is modeled data.

und rechts modellierte Daten.

There's a good match

Die Übereinstimmung ist recht groß,

because we understand the physics

weil wir die physikalischen Prozesse,

that controls the temperatures in the stratosphere

die die Temperaturen in der Stratosphäre steuern,

and what that does to the winds

und deren Einfluss auf die Winde

around the southern oceans.

um die Südlichen Ozeane herum verstehen.

We can look at other examples.

Hier ein weiteres Beispiel.

The eruption of Mount Pinatubo in 1991

Beim Ausbruch des Pinatubo im Jahr 1991

put an enormous amount of aerosols, small particles,

gelangten große Mengen an Aerosolen, also kleine Partikel,

into the stratosphere.

in die Stratosphäre.

That changed the radiation balance of the whole planet.

Das veränderte die Strahlungsbilanz des gesamten Planeten.

There was less energy coming in than there was before,

Es traf weniger Energie auf die Erde als zuvor,

so that cooled the planet,

sodass es kühler wurde.

and those red lines and those green lines,

Die roten und grünen Linien

those are the differences between what we expected

stellen die Unterschiede zwischen erwarteten

and what actually happened.

und tatsächlichen Werten dar.

The models are skillful,

Diese Modelle sind effektiv,

not just in the global mean,

nicht nur im Hinblick auf globale,

but also in the regional patterns.

sondern auch auf regionale Klimamuster.

I could go through a dozen more examples:

Ich könnte noch mehr Beispiele nennen:

the skill associated with solar cycles,

Modelle zum Zusammenhang zwischen Sonnenfleckenzyklen

und der Ozonveränderung in der Stratosphäre.

changing the ozone in the stratosphere;

the skill associated with orbital changes

Modelle zu Veränderungen der Erdumlaufbahn

over 6,000 years.

innerhalb der letzten 6 000 Jahre.

We can look at that too, and the models are skillful.

All diese Modelle sind effektiv.

The models are skillful in response to the ice sheets

Sie geben Aufschluss über Eisflächen,

20,000 years ago.

die es vor 20 000 Jahren gab.

The models are skillful

Solche Modelle sind auch effektiv,

when it comes to the 20th-century trends

um Trends des 20. Jahrhunderts

über einen Zeitraum von Jahrzehnten zu beschreiben.

over the decades.

Models are successful at modeling

Modelle sind in der Lage,

lake outbursts into the North Atlantic

Gletscherläufe in den Nordatlantik

8,000 years ago.

vor 8 000 Jahren darzustellen.

And we can get a good match to the data.

Diese Modelle

stimmen mit unseren Daten sehr genau überein.

Each of these different targets,

Mit all diesen unterschiedlichen Parametern

each of these different evaluations,

und Auswertungen

leads us to add more scope

können wir den Umfang unserer Modelle erweitern.

to these models,

and leads us to more and more

Das führt dazu,

dass wir immer komplexere Modelle erhalten,

complex situations that we can ask

an die wir immer interessantere Fragen stellen können,

more and more interesting questions,

like, how does dust from the Sahara,

wie zum Beispiel: Wie kann Sahara-Sand,

that you can see in the orange,

der hier orange dargestellt wird,

interact with tropical cyclones in the Atlantic?

mit tropischen Wirbelstürmen im Atlantik interagieren?

How do organic aerosols from biomass burning,

Wie beeinflussen organische Aerosole aus dem Verbrennen von Biomasse --

which you can see in the red dots,

hier als rote Punkte dargestellt --

intersect with clouds and rainfall patterns?

Wolken und Regenmuster?

How does pollution, which you can see

Wie beeinflusst die Umweltverschmutzung,

in the white wisps of sulfate pollution in Europe,

hier z. B. Sulfate in Europa, die als weiße Flächen gekennzeichnet sind,

how does that affect the temperatures at the surface

die Temperaturen und die Sonneneinstrahlung

and the sunlight that you get at the surface?

We can look at this across the world.

Wir können diese Zusammenhänge überall auf der Welt beobachten.

We can look at the pollution from China.

Wir können einen Blick auf die Verschmutzung in China

We can look at the impacts of storms

und den Einfluss von Stürmen

on sea salt particles in the atmosphere.

auf Seesalz-Partikel in der Atmosphäre werfen.

We can see the combination

Wir können das Zusammenwirken

all dieser unterschiedlichen Prozesse sehen,

of all of these different things

happening all at once,

die alle gleichzeitig ablaufen,

and we can ask much more interesting questions.

und wir können noch interessantere Fragen stellen:

How do air pollution and climate coexist?

Wie beeinflussen sich Luftverschmutzung und Klima?

Can we change things

Können wir Dinge ändern,

die das Klima und die Luftverschmutzung gleichzeitig verändern?

that affect air pollution and climate at the same time?

The answer is yes.

Die Antwort ist "Ja".

So this is a history of the 20th century.

Hier sehen Sie den Klimaverlauf des 20. Jahrhunderts.

The first one is the model.

Oben sehen Sie ein Modell.

The weather is a little bit different

Das simulierte Wetter unterscheidet sich etwas

to what actually happened.

von den tatsächlichen Daten.

The second one are the observations.

Unten sehen Sie die Beobachtungsdaten.

And we're going through the 1930s.

Wenn wir uns die 1930er Jahre anschauen,

There's variability, there are things going on,

sehen wir einige Klimaschwankungen,

but it's all kind of in the noise.

die aber eher gering ausfallen.

As you get towards the 1970s,

In den 1970er Jahren

things are going to start to change.

verändert sich das Bild.

They're going to start to look more similar,

Beide Grafiken ähneln sich immer mehr,

and by the time you get to the 2000s,

und zu Beginn des 21. Jahrhunderts

erkennt man bereits die Klimamuster der globalen Erwärmung,

you're already seeing the patterns of global warming,

both in the observations and in the model.

sowohl bei den Beobachtungen als auch im Modell.

We know what happened over the 20th century.

Wir wissen,

was im 20. Jahrhundert geschehen ist.

Right? We know that it's gotten warmer.

Wir wissen, dass es wärmer geworden ist

We know where it's gotten warmer.

und wo es wärmer geworden ist.

And if you ask the models why did that happen,

Wenn man die Modelle nach dem Grund fragt,

and you say, okay, well, yes,

dann erkennt man, dass im Wesentlichen das CO2,

basically it's because of the carbon dioxide

das wir in die Atmosphäre freigesetzt haben,

we put into the atmosphere.

dafür verantwortlich ist.

We have a very good match

Modelle und Beobachtungen

up until the present day.

stimmen bisher sehr genau überein.

But there's one key reason why we look at models,

Es gibt aber einen entscheidenden Grund, weshalb wir Modelle betrachten,

and that's because of this phrase here.

den der folgende Satz erklärt:

Because if we had observations of the future,

Wenn wir Beobachtungsdaten aus der Zukunft hätten,

we obviously would trust them more than models,

würden wir diesen mehr vertrauen als Modellen.

But unfortunately,

Doch leider ...

observations of the future are not available at this time.

stehen uns zukünftige Daten in der Gegenwart nicht zur Verfügung.

So when we go out into the future, there's a difference.

Es gibt also einen Unterschied, wenn wir in die Zukunft blicken:

The future is unknown, the future is uncertain,

Die Zukunft ist nicht vorhersehbar.

and there are choices.

Wir haben nun mehrere Möglichkeiten.

Here are the choices that we have.

Diese sehen folgendermaßen aus:

We can do some work to mitigate

Wir können versuchen,

the emissions of carbon dioxide into the atmosphere.

den CO2-Ausstoß geringfügig einzuschränken.

That's the top one.

Das wird in dem Modell oben simuliert.

We can do more work

Wir könnten aber auch daran arbeiten,

to really bring it down

den CO2-Ausstoß deutlich zu verringern,

so that by the end of the century,

damit dieser gegen Ende des Jahrhunderts

it's not much more than there is now.

nicht viel höher ist als jetzt.

Or we can just leave it to fate

Oder aber wir überlassen all das dem Schicksal

and continue on

und machen einfach weiter,

with a business-as-usual type of attitude.

wie wir es bisher getan haben.

The differences between these choices

Die Auswirkungen dieser verschiedenen Entscheidungen

can't be answered by looking at models.

können aber nicht durch das Betrachten von Modellen beantwortet werden.

There's a great phrase

Es gibt einen großartigen Satz

that Sherwood Rowland,

von Sherwood Rowland,

who won the Nobel Prize for the chemistry

der den Chemie-Nobelpreis

für seine Forschung zum Ozonabbau gewann.

that led to ozone depletion,

when he was accepting his Nobel Prize,

Als er den Nobelpreis entgegennahm,

he asked this question:

stellte er die Frage:

"What is the use of having developed a science

“Was bringt uns eine Wissenschaft,

well enough to make predictions if, in the end,

mit der wir Vorhersagen treffen können,

all we're willing to do is stand around

wenn wir nur herumstehen

and wait for them to come true?"

und darauf warten, dass sich diese erfüllen?"

The models are skillful,

Unsere Modelle sind effektiv,

but what we do with the information from those models

aber was wir mit den Erkenntnissen dieser Modelle anfangen,

is totally up to you.

hängt ganz von Ihnen ab.

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)