Das Projekt "Teilprojekt 1: Kopplung des Eisschild-Modells PISM mit dem Klimamodell ECHAM/MPIOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Das Erdsystemmodell MPI-ESM soll mit dem Eisschildmodell PISM gekoppelt werden, um Übergänge zwischen dem Glazial und dem Interglazial simulieren zu können. Dazu soll das existierende Modellsystem auf die jeweils aktuellen Modellversionen upgedated und auf die Südhemisphäre ausgedehnt werden. Das Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung eines funktionsfähigen gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Eisschild Modellsystems, das es erlaubt, realistische Übergänge zwischen Glazial und Interglazial (und vice versa) zu simulieren. Dieses System muss zum einen erstellt werden, zum anderen muss es ausgiebig getestet werden. 1. Aufsetzen der aktuellen Eisschildmodells PISM für die Nordhemisphäre (existiert in einer älteren Modellversion) und die Südhemisphäre (Task WP 1.1.1) 2. Implementieren von verschiedenen Modulen zur Berechnung der Oberflächenmassenbilanz aus atmosphärischen Antriebsdaten (Task WP 1.1.2) und Einbau in die aktuelle MPI-ESM Modellversion. Dabei kann von einem existierenden Modellsystem mit älteren Modellversionen ausgegangen werden. 3. Tests mit dem Einfluss von Staub auf das Albedo (Task WP 1.1.5). Dieses ist in dem existierenden Energiebilanzmodul für die Oberflächenmassenbilanzberechnung vorgesehen. 4. Analyse von Bifurkationen im glazialen Klimasystem (Task WP 1.1.7). 5. Quantifizierung des Effekts von Topographieänderungen durch die Physik der festen Erde (Task WP 1.1.8). 6. Einbau eines Eisbergmoduls (Task WP 1.1.9). 7. Erstellen und Testen des gekoppelten Modells mit den Modelländerungen aus WP 4.2, die zeitabhängige Landseemaske erlauben (Task WP 1.1.10). 8. Analyse der transienten gekoppelten Simulation aus WP1.3 (Task WP 1.1.11)Ein Vergleich mit den entsprechenden Untersuchungsergebnissen in den Teilprojekten PalMod-1-1-TP2 und PalMod-1-1-TP3 wird dazu dienen, die Robustheit der Resultate einzuordnen.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Transiente Simulationen mit dem gekoppelten Erdsystemmodell am MPI-M" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Das Ziel der Arbeiten ist die Durchführung langer transienter Simulationen aus dem Glazial in das Holozän mit dem gekoppelten Modellsystem des MPI-M (MPI-ESM gekoppelt mit PISM). Die wesentlichen Rückkopplungsmechanismen und die Mechanismen langperiodischer Variabilität sollen untersucht werden. Arbeitsschwerpunkte des Teilprojektes sind die Untersuchung von verschiedenen Antriebsfaktoren (Erdorbitalparameter, Eisschildkonfiguration und Treibhausgase) für die Deglaziation und von Rückkopplungsmechanismen und Synergien zwischen den verschiedenen Klimakomponenten Atmosphäre, Ozean, Eis und Landoberfläche. Außerdem sollen verschiedene Auslösefaktoren von abrupten Klimaereignissen getestet werden. Die Untersuchungen sollen ein besseres Verständnis liefern, inwieweit abrupte Klimaschwankungen die letzte Deglaziation und unsere darauf folgende interglaziale Warmzeit beeinflusst haben. Ein Vergleich mit den entsprechenden Untersuchungsergebnissen in den Teilprojekten PalMod-1-1-TP1 und TP2 wird dazu dienen die Robustheit der Resultate einzuordnen. 1. Optimierung der Strategie zur Initialisierung des gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Eisschildmodells im Glazial, (task 1), zusammen mit PI 2. Transiente Simulationen mit AOGCM mit vorgeschriebenen Eisschilden und Schmelzwasser (task 3). Diese Experimente zeigen die Fähigkeit des Azmosphäre-Ozeanmodells, bei gegebenem Antrieb die beobachteten Klimaänderungen zu reproduzieren. 3. Faktoranalyse des Deglacial Forcings. In Sensitivitätsexperimenten soll der Beitrag der verschiedenen Antriebsfaktoren (z.B. Treibhausgaskonzentrationen, Eisschilde, Schmelzwasser) abgeschätzt werden (task4). Analyse von Schwachpunkten und evtl. Modellverbesserung. 4. Durchführung und Auswertung von vollgekoppelten Simulationen mit dem vollen Modellsystem (Atmosphäre, Ozean, Eisschilde) über die gesamte Terminierungsperiode. Analyse von Schwachpunkten des Modells und Modellverbesserung.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Erforschung fortschrittlicher Kopplungstechniken zwischen Teilkomponenten des MPI-ESM für lange Integrationszeiten und mehrskalige Prozesse, sowie deren algorithmische und technische Optimierung für neue Zielplattformen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Die Kopplung von Teilkomponenten eines Erdsystem-Modells stellt eine zentrale Aufgabe dar. Die Bereitstellung von mathematischen, informatischen und technischen Werkzeugen zur Verbindung der Schnittstellen zwischen den modellierten Komponenten des Erdsystems ist daher das Ziel der Arbeiten in diesem Arbeitspaket. Dabei muss einerseits sichergestellt werden, dass die Kopplung der Komponenten auch über lange Integrationszeiten mathematisch/physikalisch konsistent bleibt, andererseits aber effizient und skalierbar berechnet werden kann. Darüber hinaus müssen die Schnittstellen der Komponenten über die Zeit variabel gestaltet werden, denn das Erdsystem ändert sich stark über die extrem langen Integrationszeiten, die in diesem Projekt angestrebt werden. Schließlich sollen Algorithmen entwickelt werden, die auch auf künftigen Generationen von Rechnern einsetzbar sind. Zum einen soll der Einsatz von Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), also von Standard-CPUs völlig verschiedenen Prozessoren zur Kopplung im Erdsystemmodell erprobt werden. FPGAs sind in anderen Forschungsfeldern (z.B. Bioinformatik) bereits mit großem Erfolg eingesetzt worden; zur Modellkopplung in den Klimawissenschaften liegen noch keine Erfahrungen vor. Dieser Ansatz ist sehr experimentell. Eine zweite Zielsetzung ist die dynamische Kopplung eines Eisschildmodells an das Erdsystemmodell, insbesondere an den Ozean. Kritische Punkte sind dabei die Umsetzung von sich verändernden Land-See-Masken und die Untersuchung des Einflusses auf die Stabilität der Simulationen.