Das Projekt "Teilprojekt 2: Numerische Simulation des Staubkreislaufs mit CESM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist ein besseres Verständnis des Mineralstaubkreislaufs hinsichtlich seiner Rolle und Rückkopplung in Eiszeit-Warmzeit-Zyklen und der damit einhergehenden Mechanismen. Im Rahmen des Vorhabens soll das numerische CESM-Erdsystemmodell (Community Earth System Model) um die Module erweitert werden, die für die Darstellung des Mineralstaubkreislaufs nötig sind. Dies stellt die Voraussetzung dafür dar, dass die im Rahmen von PalMod geplanten Simulationen der letzten 20.000 Jahre unter Berücksichtigung von Mineralstaub durchgeführt werden können, und ermöglicht die Analyse des Effekts von Staub im gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Landeis-System. Zunächst werden in enger Abstimmung mit PalMod-1-1-TP4 und Palmod-4-2-TP4 alle technischen Implementierungen vorgenommen, die für eine umfassende Staubkreislauf-Komponente des CESM-Erdsystemmodells erforderlich sind (z.B. zeitlich variable Land-See-Maske und Landoberflächentypen und somit zeitlich variable Quellregionen für Mineralstaub, Kopplung mit den anderen Modellkomponenten wie Atmosphäre, Ozean und Inlandeis). Im Zuge von Sensitivitäts- und Optimierungstests soll ferner sichergestellt werden, dass das Mitrechnen von Staubprozessen im CESM nicht zu einem unverhältnismässig großen Anstieg der benötigten Ressourcen auf dem Höchstleistungsrechner führt. Basierend auf diesen Ergebnissen soll für PalMod - Modul 1 eine Staubmodul-Konfiguration zur Verfügung gestellt werden, mit welcher der transiente Klimalauf für die letzten 20.000 Jahre durchzuführen ist. In Zusammenarbeit mit PalMod-1 wird basierend auf diesem Lauf die Analyse von Staubeffekten durchgeführt, d.h. des direkten Strahlungseffekts von Staub wie auch des Effekts von Staubdeposition auf kontinentalen Eisschilden.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Ozeanmodellierung mit veränderlichen Rändern unter Verwendung des Ozeanmodells POP" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Das Verbundvorhaben PalMod 4.2 stellt mathematische Methoden, Software und Hardware für die Kopplung der verschiedenen Komponenten eines Erdsystemmodells mit Hilfe geeigneter Schnittstellen bereit. Dazu gehört die zeitabhängige Geometrie der Schnittstellen wie zum Bespiel die Verteilung von Land und Meer, die sich über die vorgesehenen Simulationszeiten hinweg drastisch ändert. Ziel des Teilprojekts 4 ist es, im 'Parallel Ocean Program' POP - der Ozeankomponente des 'Community Earth System Model' (CESM) - eine Land-Meer-Maske einzubauen, die sich automatisch an einen sich ändernden Meeresspiegel anpasst. Das CESM ist das vom MARUM in PalMod 1 verwendete Erdsystemmodell. Eine zeitabhängige Land-Meer-Maske ist eine entscheidende Voraussetzung für die transiente Simulation der letzten Abschmelzphase mit dem CESM in PalMod 1.1. Zunächst muss das Ozeanmodell POP auf den Einbau zeitabhängiger Land-Meer-Masken vorbereitet werden, beginnend mit der Möglichkeit einer zeitabhängigen Meerestiefe, die Szenarien für einen globalen Anstieg oder Abfall des Meeresspiegels entspricht. Damit sich die Mächtigkeit der obersten Modellschicht nur in engen Grenzen ändert, muss die Änderung der Meerestiefe auf die tieferen Modellschichten verteilt werden, wobei der Wärmeinhalt und die Masse von Beimengungen wie zum Beispiel Salz erhalten bleiben müssen. Weiter muss die Möglichkeit vorgesehen werden, dass Landpunkte geflutet werden oder Meerespunkte trocken fallen. Schließlich muss ein Algorithmus entwickelt und erprobt werden, der eine automatische Anpassung der Meeresbodentopographie und Land-Meer-Maske erlaubt. Der Algorithmus kann an Hand verfügbarer Simulationen mit dem Inlandeismodell PISM oder dem Erdmodell VILMA aus PalMod 1 für das Einsetzen der letzten Vereisung sowie die letzte Abschmelzphase überprüft und verbessert werden.