Der Meeres-Superrechner

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Thomas Frölicher verbindet seine Freude an Mathematik mit der Liebe zur
Natur und entwickelt Klimamodelle, um Auswirkungen von Treibhausgasen auf
die Ozeane zu berechnen.

Was macht das Plakat zum Kinderbuch «Globi und die Energie» an der Türe
zum Büro von Thomas Frölicher? «Die Autoren haben mich für ein Fact-
Checking angefragt. Natürlich habe ich zugesagt.» Der Professor für Klima-
und Umweltphysik, der auch als leitender Autor an den Uno-Klimaberichten
beteiligt ist, ist sich für die Mitarbeit an Kinderbüchern nicht zu
schade. Das passt zu seinem äusseren Auftreten: Mit T-Shirt und
Turnschuhen, wirkt er wie jemand, der lieber mit seinen Kindern im Wald
spaziert, als mit Expertinnen und Experten in Konferenzräumen zu sitzen.

Frölichers wichtigstes Arbeitsinstrument ist der Computer. Für seine
Modellierungen reicht der einfache PC auf seinem Pult aber nicht aus,
dafür braucht er leistungsstarke Supercomputer, wie diejenigen am
Nationalen Hochleistungsrechenzentrum (CSCS) in Lugano. Dort installiert
er die Klimamodelle, die seine Gruppe mitentwickelt. Oft dauern solche
Berechnungen zwei bis drei Monate. Am Ende laden sich die Forschenden die
Daten wieder auf den PC im Büro herunter und werten sie dort aus. Das
dauert dann oft nochmals mehrere Monate.

Experimentierfreude und Flair für Mathematik

Als Kind begleitete Frölicher häufig seinen Vater, einen Elektroingenieur
und Tüftler, wenn sich dieser in den Keller zurückzog, um physikalische
Experimente aufzubauen. Dort erlebte er erstmals die Freude am
Experimentieren, während sich in der Schule zeigte, dass er ein grosses
Flair für komplexe Rechnungen besass. Zugleich wuchs seine Liebe zur
Natur. Die Sommerferien verbrachte er oft in den Bergen. Später leitete er
Jugendlager mit bis zu 50 Jugendlichen. «Das hat mich geprägt», sagt
Frölicher. «Ich habe gelernt, Verantwortung zu übernehmen, eine Gruppe
zusammenzuhalten. Das kommt mir bis heute zugute.» Im Frühling war er mit
seinem Team am Bielersee zum Velofahren, letztes Jahr zum Wandern am
Oeschinensee. Mindestens einmal pro Woche, meist dienstags, geht er mit
seiner sechsköpfigen Gruppe mittagessen.

Frölicher studierte an der ETH Zürich Umweltnaturwissenschaften. «Ich sah
darin eine gute Möglichkeit, mein Interesse für Mathematik mit meiner
Faszination für die Natur zu verbinden.» Im Studium spezialisierte er sich
auf Atmosphärenphysik, für sein Doktorat an der Universität Bern
erweiterte er den Horizont aufs gesamte Erdsystem, zu dem auch die Ozeane
gehören. Dabei interessierte er sich vor allem für den Sauerstoffgehalt im
Meer und wie dieser über die Zeit variiert. «Das war damals noch ein
junges Forschungsgebiet, und die Unsicherheiten waren gross», erinnert
sich Frölicher. «Wir wussten nicht genau, welche Schwankungen natürlich
waren und welche Veränderungen durch menschliche Einflüsse verursacht
wurden.» Heute ist klar: Der Sauerstoffgehalt im Ozean hat seit 1960 um
ein bis drei Prozent abgenommen. Das hat auch grosse Auswirkungen auf die
Ökosysteme und die Fischerei. Fische meiden sauerstoffarme Gewässer, sie
ziehen weiter, und die Netze der Fischer bleiben leer.

Zwischen 2010 und 2013 war Thomas Frölicher Posdoc an der Universität
Princeton in der Nähe von New York. Dort waren in den 60er- und 70er-
Jahren die ersten Atmosphären- und Ozeanmodelle entwickelt worden. Auch
Syukuro Manabe forschte und lehrte dort, der 2021 für seine bahnbrechenden
Klimamodellierungen mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.
«Wir trafen uns öfter zum Mittagessen und er interessierte sich sehr
dafür, an was die jungen Leute forschen.» In Princeton fokussierte sich
Frölicher auf die Modellierung von Veränderungen in den Stoffflüssen im
Südpolarmeer rund um die Antarktis. Die damals verfügbaren Daten stammten
vor allem von Expeditionen mit Schiffen. Doch wegen der rauen See und des
harschen Klimas finden solche nur im Sommer statt, was eine Datenlücke zur
Folge hatte. Die Gruppe, in welcher Frölicher damals forschte, brachte
erstmals personengrosse, gelbe Treibbojen aus, die fortan kontinuierlich
Daten zu Säure- und Sauerstoffgehalt sowie Temperaturen ins Labor
sendeten. Die Forschenden trugen damit wesentlich zur Erkenntnis bei, dass
75 Prozent der zusätzlichen, durch menschengemachte Treibhausgase
verursachte Wärme aus dem Klimasystem und 15 Prozent der menschgemachten
CO2-Emissionen durch das Südpolarmeer absorbiert werden.

1600 Kilometer grosse Warmwasserblase

2018 publizierte Frölicher, nun bereits SNF-Assistenzprofessor an der
Universität Bern, eine Studie im Fachmagazin Nature. Darin berechnete er,
dass Hitzewellen in den Ozeanen aufgrund des Klimawandels bereits doppelt
so wahrscheinlich sind wie noch vor 40 Jahren, als zum ersten Mal die
Temperaturen der Meeresoberfläche mit Satelliten gemessen wurden. Weiter
zeigten Frölicher und sein Team, dass sich diese Wahrscheinlichkeit mit
jedem zusätzlichen Zehntelgrad an globaler Erwärmung weiter erhöhen wird.
Einer breiteren Öffentlichkeit wurde die Relevanz solcher marinen
Hitzewellen erstmals vor zehn Jahren bewusst. Eine ungewöhnlich lang
andauernde Warmwasserblase – Spitzname: «The Blob» – hatte sich vom Winter
2013/2014 bis Ende 2015 auf der Wasseroberfläche des Nordpazifiks
ausgebreitet. Diese hatte zeitweise einen Durchmesser von bis zu 1600
Kilometern und verfügte über Temperaturen von mehr als drei Grad Celsius
über dem langjährigen Durchschnitt. Gleichzeitig war der Sauerstoffgehalt
in der Blase extrem niedrig und der Säuregehalt hoch, was sich negativ auf
Ökosysteme und Fischpopulationen auswirkte. «Solche kombinierten
Extremereignisse im Ozean werden in Zukunft häufiger vorkommen. Wir
versuchen deshalb zunehmend, diese in ihren Wechselwirkungen zu
modellieren.»

Frölicher gesteht, dass er – obschon er sich tagtäglich rechnerisch mit
dem Ozean auseinandersetzt – selbst nur wenig praktische Meereserfahrung
hat. Er war selbst noch nie auf einer Expedition. Und das Segelboot, das
er sich mit Freunden teilt, liegt weder am Atlantik noch am Pazifik,
sondern am Bielersee. Dorthin zieht er sich gerne zur Erholung zurück oder
macht bei Schwimmwettbewerben zur Seeüberquerung mit. Eine
Antarktisexpedition oder ein Segelturn auf dem Ozean würden ihn zwar
durchaus reizen, doch fehle dafür aktuell schlicht die Zeit. Brütet
Frölicher nämlich mal gerade nicht über einem mathematischen Modell,
halten ihn seine beiden Kinder auf Trab.