Das Projekt "PBM: The Potsdam Biosphere Model" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. T he aim of the PBM project is to develop the existing LPJmL Dynamic Global Vegetation Model towards a new-generation biosphere model that is suited as a fast and effective component of an Earth System Model. Therefore, the structure of LPJ is fundamentally revised and the model developed further both in terms of process representations and in terms of proven ability to reproduce observed biogeochemical and hydrological dynamics. Background: The role of the land biosphere in the Earth system - both as a substrate for human activity and as a significant mechanism producing potentially nonlinearities in the carbon cycle - has been demonstrated by numerous studies. Modelling these dynamic processes at a level of complexity comparable to present-day climate models has been achieved by Dynamic Global Vegetation Models (DGVMs) such as LPJmL, but their interface to climate models has not received sufficient technical nor scientific attention. As a consequence, climate models are using outdated representations of land surface processes (if any at all), and DGVMs cannot use climate model outputs directly. This dilemma originates not only in different scientific communities, but also in the different scales of the processes receiving most attention in these communities. Climate models typically are concerned with quick, large-scale flows of the atmosphere, while land surface processes are slow, fine-scale processes such as the growth of plants or the dynamics of soil carbon pools. This situation calls for a new-generation numerical simulation model - PBM - which is capable of representing the main physiological and biophysical processes in the land biosphere, as a function of the main driver complexes climate and land use. PBM is named a module, because its design is oriented towards the coupling with other components within a global integrated assessment model. It will simultaneously also be suited for use in classical offline mode.
Das Projekt "The Atmosphere-Ocean Dynamics Project under the Quest Umbrella (AO-Quest)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. The PIK-project AO-Quest is concerned with the study of mechanisms of atmosphere-ocean dynamics in climate changes in past and future. It thus complements the carbon cycle (C-Quest) and continental ice (Ice-Quest) components of the Quest group of projects. Areas of study include climate variations in the past (glacial, holocene, paleocene-eocene thermal maximum, etc.) as well as future anthropogenic climate changes which estabilshes a natural link to the Integration project of TOPIK 2. The main tools used in AO-Quest are the CLIMBER model family (2, 3a, 3) and simple conceptual models.
Das Projekt "Carbon Cycle in Quaternary Earth-System Stability (C-QUEST)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. C-QUEST, in co-operation with ICE-QUEST and AO-QUEST projects under QUEST umbrella, is focused on the following questions: What is a consequent chain of biogeochemical and physical mechanisms, presumably in the ocean, which have led to glacial-interglacial atmospheric pCO2 dynamics? What are the key non-linearities, switches and choke points in the glacial biogeochemistry in accordance with the CLIMBER model? Is the role of carbon cycle in the Quaternary as an amplifier of external changes not valid for the greenhouse climate? In co-operation with the SMART project, C-QUEST will address questions of the efficiency of oceanic carbon sequestration and its impact via pH changes on marine ecosystems.
Das Projekt "Cloud-scale Uncertainties - B4: Radiative heating and cooling at cloud scale and its impact on dynamics" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maxililians-Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Experimentelle Meteorologie durchgeführt. Clouds are important sources and sinks of diabatic heat, not only in terms of latent heat release but also with respect to absorption of solar radiation as well as absorption and emission of thermal radiation. Additionally, cloud shadows on the ground modify surface heating and thus sensible and latent heat fluxes. Although it has been demonstrated that cloud top cooling may reach values of several 100 K/day and that this may have a strong impact on cloud microphysics and local cloud evolution, it has not been demonstrated that there is actually an effect on weather, larger scale dynamics, and on atmospheric flow. This is even more true for radiative cooling from cloud sides which has been shown to reach values comparable to cloud top cooling but is completely neglected by any (one-dimensional) radiation scheme in current NWP or climate models. Radiation firstly affects the growth of cloud droplets, increasing (in case of thermal cooling) or decreasing (in case of solar heating) the rate by which they dissipate the energy released by latent heat. Secondly, the surrounding air is cooled or heated which directly feeds back on dynamics. The aim of the project is to study the question if realistic, three-dimensional radiative heating rates have an impact on cloud formation, and if there is an impact on atmospheric flow beyond cloud scale. To answer these questions, a reasonably fast but accurate representation of radiative heating rates in clouds will be developed for a cloud scale (EULAG) and an NWP model (COSMO). The project builds upon our previous work on three-dimensional heating and cooling rates and on development of reasonably fast approximations. A parameterization of heating rates depends strongly on the scale. For a cloud-resolving model like EULAG with a 100 m grid size and smaller, different approaches are needed compared to a numerical weather forecast model like COSMO: A cloud-resolving model allows properly resolving the radiation processes, but three-dimensional radiation transport requires interaction between many grid columns in the calculation which is a challenge for parallelization. The resolution of COSMO, on the other hand, requires parameterization of un-resolved cloud edge effects and sub-pixel cloudiness, but would need less interaction between individual grid columns. As a first step, we will study the impact of radiative heating and cooling in clouds on local circulation at cloud scale. For that purpose, an accurate yet fast approximation for 3D solar and thermal heating and cooling rates will be developed for the EULAG model in order to systematically study effects for a set of cloud-resolving simulations. (abridged text)
Das Projekt "Teilprojekt 3: Radarmessungen zur Abschätzung von CO2 Eintrag in den Ozean (RACEO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum hereon GmbH durchgeführt. Die Ziele von dem Verbundprojekt EUREC4A-OA, die in diesem Teilprojekt bearbeitet werden sollen sind die Bestimmung und Parametrisierung des Austausches von Kohlendioxid (CO2) zwischen dem Ozean und der Atmosphäre sowie die Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Variabilität des Austausches. Des Weiteren sollen die räumlich kleinskaligen Prozesse und deren Einfluss auf den CO2 Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre bestimmt werden. Außerdem soll der Einfluss des Tagesgangs auf die Oberflächennahe Schicht des Ozeans und die daraus resultierenden Änderungen im Gasaustausch quantifiziert werden. Als Basis dazu dienen Feldmessungen mit dem am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) entwickelten Doppler Radar zur Abschätzung der lokalen Dynamik der Meeresoberfläche, der Partialdrucks des Kohlendioxids (pCO2) sowie atmosphärische Messungen wie zum Beispiel der Wind und ozeanographische Messungen insbesondere der Wassertemperatur und des Salzgehaltes. Das HZG misst an Bord der M.S. Merian mit dem Doppler Radar und trägt damit direkt zur Datenerhebung bei. Zur Entwicklung der Methoden zur Abschätzung der Oberflächennahen Dynamik (Schubspannungsgeschwindigkeit, Wellenbrechung) werden auch die vom HZG erhobenen Radardaten von weiteren Forschungsreisen sowie von der in der Deutschen Bucht befindlichen Forschungsplattform FINO-3 genutzt. Diese Teilprojektziele sollen im Rahmen des Verbundprojekts EUREC4A-OA helfen die Prozesse in hochaufgelösten Modellen besser zu repräsentieren und Unsicherheiten im globalen Kohlenstoffbudget zu verringern. Um die Zielsetzungen in RACEO in Bezug auf EUREC4A-AO zu erreichen ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg unabdingbar. Die Durchführung der unten beschriebenen Arbeiten baut auf eine enge Kooperation zwischen den Partnern.
Das Projekt "Evaluierung des gekoppelten COSMO-CLM/NEMO-Nordic-Modells mit Focus auf Nord- und Ostsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Wetterdienst (DWD), Geschäftsbereich Klima und Umwelt, Abteilung Klima- und Umweltberatung - Zentrales Klimabüro durchgeführt. Das regionale Klimamodell COSMO-CLM ist mit dem Ozeanmodell NEMO für die Nord- und Ostsee gekoppelt wurden. COSMO-CLM basiert auf dem numerischen operationell eingesetzten Wettervorhersagemodell COSMO (consortium for small-scale modelling) des DWD. NEMO (nucleus for european modelling of the ocean) ist ein globales Ozeanmodell, welches sowohl die Ozeandynamik als auch das Meereis und die Biogeochemie des Ozeans modelliert. Zur Kopplung des Atmosphärenmodells COSMO-CLM mit NEMO wird die vorhandene Kopplungssoftware OASIS verwendet, die im FP5 EU-Projekt PRISM (Program for Integrated Earth System Modelling) entwickelt wurde. Es ermöglicht den synchronen Austausch gekoppelter Informationen von Daten aus verschiedenen Modellen. Derzeit wird im regionalen Klimamodell COSMO-CLM die Meeresoberflächentemperatur des antreibenden Globalmodells bei jeder Randwertaktualisierung übernommen. Dadurch werden dynamische Prozesse im Ozean und die Gezeiten in COSMO-CLM vollständig vernachlässigt. Durch die Kopplung der Atmosphäre mit dem Ozean können folgende Prozesse in den Simulationen verbessert werden: - Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Ozean - Transport von Klimasignalen vom Nordatlantik in die Nordsee - regionale Dynamik der Nordsee, welche stark vom vorherrschenden Windfeld, den Wärmeflüssen zwischen Ozean und Atmosphäre und dem Austausch zwischen Schelfmeer und tiefem Ozean geprägt ist - Gezeiten - thermische Ausdehnung des Wassers im Nordseeküstenbereich - Wärmeflüsse zwischen Ozean und Atmosphäre und damit verbunden auch der Wärmeinhalt des Ozeans sowie die Tiefe und Stärke der Thermokline.
Das Projekt "Water consumption and carbon capture by trees of an evergreen and a dry forest in the Andes of South Ecuador as functional indicators of slow environmental changes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Biologie, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie durchgeführt. This transfer project contributes to the development of a multifactorial indicator prototype for global change effects. It uses water and carbon relations of trees as primary functional indicators of subtle environmental changes which cannot be directly observed. Acquisition of carbon by a tree and its concomitant water loss by transpiration is coupled as water use efficiency (WUE), which as a parameter integrating two ecophysiological processes should display a high sensitivity to ambiental conditions. The project is based on a new model allowing computation of the entire crown. Parameterization of the model is by data of leaf gas exchange, total water loss, and structural data of the crown. Total water consumption will be determined either by stem flow monitoring or by the D2O injection method. Net carbon gain by the entire crown can be calculated from a crown-specific WUE. The described measurements will be supplemented by data on stem growth, phenology (longevity of leaves and foliage dynamics), long-term water relations (13C discrimination data) and tree hydrology (natural abundance of deuterium). To extend the indicator from the single tree scale to a wider area, project C5 will collaborate with project C6 which will investigate WUE using multispectral satellite and airborne data. For calibration transfer functions to remotely sensed data must be developed. Since Eddie covariance analysis cannot be used, project C6 will measure atmospheric dynamics of heat and water vapour above the canopy of an assemblage of such trees by scintillometry. These measurements shall be calibrated by C5. Of all trees on the study plots total transpiration will be measured and correlated with simultaneously recorded scintillometer data. Thus projects C5 and C6 will use the same plots and trees. Using the calibrated scintillometer data, project C6 will up-scale the functional indicator WUE to the landscape level. Because of their general applicability, functional indicators like WUE are especially useful for modelling approaches.
Das Projekt "Die Bedeutung der Dynamik der MLT in mittleren und hohen Breiten auf das ionosphärische/thermosphärische Wetter (DYNAMITE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. Das ionosphärische/thermosphärische (I/T) System unterliegt zum einen solaren und magnetosphärischen Einflüssen und wird ebenfalls von zwar kleinskaligen, aber persistenten und darum bedeutenden Prozessen aus der mittleren Atmosphäre angetrieben. Gerade der zuletzt genannte Einfluss wird seit Jahren vermutet, es konnte jedoch bis jetzt kein klarer Beleg für die Kopplung gefunden werden. Alle Anregungen aus der mittleren Atmosphäre müssen sich durch die Mesosphäre und untere Thermosphäre (MLT) ausbreiten. Dabei wechselwirken die Wellen untereinander und koppeln an die I/T. Diese Kopplung kann (a) durch die direkte Ausbreitung von primären (oder sekundären) Wellen, und /oder (b) indirekt durch den E-Region-Dynamo erfolgen. Deshalb ist die MLT generell von Bedeutung für die dynamische Anregung der I/T, in mittleren und hohen Breiten tritt sie aber besonders hervor: (1) auf diesen Breiten wurden bislang wenige Untersuchungen des I/T Systems (z.B. der Gezeiten) durchgeführt, was auf die unzureichende Auflösung der meisten Satelliten zurückzuführen ist, und (2) aktuelle Studien mit globalen gekoppelten Atmosphären/Ionosphären Simulationen zeigen, dass gerade bei diesen Breiten die solaren und lunaren Gezeiten, die für viele elektrodynamische Effekte in niedrigen Breiten verantwortlich sind, besonders große Amplituden während stratosphärischer Erwärmungen (SSW) erreichen. Wir beantragen, die einzigartigen Radars und Lidars des IAP in mittleren und hohen Breiten zu nutzen, um den Grundstrom, die Wellen und deren Wechselwirkungen in der MLT zu charakterisieren. Die lokalen Radarwindbeobachtungen erfolgen kontinuierlich in einem Höhenbereich von 70 -100 km und können durch Lidarmessungen zu niedrigeren Höhen erweitert werden. Dies ermöglicht die Untersuchung der vertikalen Ausbreitung von Wellen im Wind und der Temperatur. Diese Studien werden zusätzlich durch Satellitendaten und Re-Analyse komplementiert, um sowohl regional als auch global den Antrieb durch die mittlere Atmosphäre zu erfassen. Die direkte Kopplung wird durch Vergleiche der saisonalen und jährlichen Gezeiten über den Radaren mit den thermosphärischen Daten der Satelliten aus den Überflügen mit polaren Orbits untersucht. Der Einfluss des E-Region-Dynamos wird mit Hilfe von Simulationen gekoppelter Atmosphären/Ionosphären-Modellen analysiert und beinhaltet die Anregung der lunaren Gezeit in Zeiträumen mit und ohne SSW. Die Modelle werden mit bodengebunden Beobachtungen und satellitengestützten ionosphärischen Daten verglichen und validiert. Neben vielen offenen Fragen zur Kopplung der MLT mit dem I/T-System, erwarten wir insbesondere Ergebnisse zu folgenden Fragen: (a) Wie wirkt sich die beobachtete Kurzzeitvariabilität der MLT auf Wellen und dem Grundstrom in Bezug zum I/T Wetter aus?, (b) Was sind die Charakteristiken der solaren und lunaren Gezeiten für verschiedene Strukturen des polaren Wirbels während SSW und welche Auswirkungen entsprechen diesen im I/T-System?
Das Projekt "Predictability of local Weather - C5: Forecast uncertainty for peak surface gusts associated with European cold-season cyclones" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Predictions of the track and intensity of severe cyclones have substantially improved over recent decades but accurate predictions of the location, timing, and intensity of peak surface gusts remain challenging. Such information is of utmost importance for storm damage and warnings to the population. The general approach is to break down sources of uncertainty according to the different scales involved using appropriate modeling and observational datasets and methods: - On the synoptic scale the focus will be on the track and intensity of the cyclone associated with the extreme gusts over Germany. Forecast uncertainty will be quantified statistically for the top 2% of gust events using global ensemble prediction systems and objective tracking methods. Standard gust parameterizations will be applied to these datasets. (A) - For the investigation of mesoscale processes, suitable case studies will be selected from the sample identified under (A). Physical processes of main interest in this context are 'sting jets', descending wind speed maxima in the middle troposphere in the area of bent-back warm fronts, and moist convection, for example as occurring along cold fronts, and their associated cold pools. Observational datasets to be used in this context include gust measurements from the network of the German Weather Service (DWD), space-borne scatterometer data over the North and Baltic Seas, radiosondes, and wind profilers. Forecast uncertainty will be assessed on the basis of LEPSs, taking into account uncertainty resulting from the driving synoptic scale analyzed under (A). Targeted high-resolution simulations using the COSMO model will be conducted for detailed process studies, e.g., of sting jet formation. - Factors influencing the prediction of gusts, which are not resolved by current weather prediction models, include turbulent mixing of momentum into and across the boundary layer, particularly in areas of large shear at mid-levels as for example underneath sting jets. These aspects will be addressed with observations from ground-based and aircraft-borne wind lidar operated by the Karlsruhe Institute of Technology as well as wind towers and wind profilers, which will be compared to Large Eddy simulations. Selected cases will include existing data and new observations taken as part of the project. The final outcome from this project will be an integral assessment of the relative contributions from different scales and processes to forecast uncertainty of strong wind gusts over Germany during the winter half year as well as of the quality of widely used gust parameterizations. This will enable the provision of concrete guidance to operational forecasters and model developers.
Das Projekt "Teilprojekt (11) W02: Energietransfer durch 'low mode' interne Wellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung Ozeanographie durchgeführt. Die Ziele des Projektes sind die Entstehung und Ausbreitung von internen Wellen im globalen Ozean zu quantifizieren, die Transportwege von 'low-mode' internen Wellen zu untersuchen (inklusive der Prozesse entlang der Wege), die Quell- und Senkenregionen zu entdecken und den Beitrag zu lokaler Dissipation zu quantifizieren sowie die involvierten Prozesse zu identifizieren. Dafür werden wir (i) hoch-aufgelöste (1/10° oder höher) Modellläufe, (ii) Beobachtungen von Energieflüssen der internen Wellen und (iii) die Kombination aus Beidem nutzen.
| Origin | Count |
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| Bund | 48 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 48 |
| License | Count |
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| open | 48 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 48 |
| Englisch | 35 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 32 |
| Webseite | 16 |
| Topic | Count |
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| Boden | 45 |
| Lebewesen & Lebensräume | 45 |
| Luft | 47 |
| Mensch & Umwelt | 48 |
| Wasser | 43 |
| Weitere | 48 |