Globale Klimamodellierung Hoch entwickelte Klimamodelle versuchen, das Klima so realitätsnah wie möglich abzubilden und Aussagen über seine künftigen Veränderungen zu machen.

Frühere Klimaänderungen im Fokus

Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Simulation des Klimas der erdgeschichtlichen Vergangenheit im Rahmen der Paläoklimaforschung. Damit werden zwei Ziele verfolgt:
1. das Klimasystem und seine Dynamik besser zu verstehen und
2. Kenntnisse über die klimatischen Bedingungen der verschiedenen Erdzeitalter zu erlangen.

Die Klimaänderungen der letzten 1000 Jahre bis zurück ins frühe Mittelalter wurden bereits mehrfach mit Modellen berechnet, um den Einfluss natürlicher Faktoren wie der Solarstrahlung und von Vulkanausbrüchen abzuschätzen. Dabei geht es auch darum, die Ursachen für die aus historischen Quellen gut belegten Klimaereignisse wie die mittelalterliche Warmzeit und die Kleine Eiszeit zu finden.

Außerdem wurden der Anteil von Landnutzungsänderungen und des allmählich einsetzenden CO2-Anstiegs als Ursachen von Klimaänderungen untersucht. Da es für mehr als 150 Jahre zurückliegende Zeiten keine instrumentellen Daten gibt, muss auf Ersatzdaten aus „natürlichen Klimaarchiven“, so genannte Proxydaten, zurückgegriffen werden. Diese können beispielsweise aus Eisbohrkernen, See- oder Meeressedimenten und Jahresringen von Korallen oder Bäumen gewonnen werden. Die Proxydaten zeigen indirekt an, welches Klima in dem Zeitraum, für den sie gewonnen wurden, vorherrschte, und helfen, einige Aspekte früherer Klimaverhältnisse abzuleiten.

Proxydaten lassen meistens nur lokal begrenzte Aussagen zu. Allerdings reichen diese immerhin oft bis über 10.000 Jahre zurück. Eisbohrkerne liefern besonders gute Informationen, für Grönland bis zu etwa 125.000 Jahre, für die Antarktis sogar bis 800.000 Jahre zurück. Sie lassen sich relativ gut zeitlich zuordnen. Durch Luftblasen im Eis sind sogar Rückschlüsse auf die damalige Zusammensetzung der Atmosphäre möglich.

Eine globale und räumlich homogene Darstellung vergangener Klimate können allerdings nur Klimamodelle leisten. Sie sind z.B. in der Lage, wichtige Eigenschaften des vergangenen Klimas wiederzugeben, so das warme mittlere Holozän vor ca. 6.000 Jahren oder das Letzte Glaziale Maximum vor 21.000 Jahren. Auch die Zyklen zwischen Warm- und Kaltzeiten, die durch die Veränderung der Erdbahnparameter angestoßen werden, sind ein wichtiger Untersuchungsgegenstand der Klimamodellierung.