Das Projekt "Teilprojekt 2 (Modul C)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03, MILIEU - Centre for Urban Earth Systen Studies durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Verbesserung der Genauigkeit der Simulation planetarer Wellen über dem Atlantik und der deterministischen Vorhersagbarkeit der Witterung über Europa. Dieses Ziel soll durch die explizite Simulation der meso-beta Skalen der atmosphärischen Dynamik in der Entwicklungsregion stark wachsender Rossbywellenzüge erreicht werden. Die Veränderungen in der Dynamik sollen statistisch untersucht und die Relevanz der meso-beta Skalen für die dekadische Vorhersage in Europa quantifiziert werden. Auf diese Weise sollen Beiträge zum Verständnis der Mechanismen der interannuellen bis dekadischen Vorhersagbarkeit geleistet werden. Zunächst sollen die Modellkomponenten des operationellen Systems von MiKlip, ECHAM und COSMO-CLM, evaluiert und eine gekoppelte Version entwickelt werden. Die Ergebnisse der klassisch genesteten COSMO-CLM und der gekoppelten Simulationen sollen mit der Referenzlösung des ECHAM, den Beobachtungen und miteinander verglichen werden. Die Veränderungen der Dynamik und insbesondere der Entwicklung von außertropischen Stürmen und Zyklonen sollen speziell untersucht werden. Es ist vorgesehen, die Einflussfaktoren auf die Vorhersagbarkeit zu untersuchen, insbesondere die räumliche Auflösung des Regionalmodells und des Ozeans. Gegebenenfalls soll die Performance der gekoppelten Version optimiert, die relevanten Modellentwicklungen dokumentiert und in das operationelle Vorhersagesystem integriert werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1, (Modul B)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Institut AWI - Forschungsstelle Potsdam durchgeführt. Das Projekt TORUS konzentriert sich auf die folgende technische und wissenschaftliche Schlüsselfrage: Wie werden dekadische Klimaprognosen von einer verbesserten Simulation der nordatlantisch-arktischen Schlüsselregion profitieren? Zur Untersuchung dieser Frage wird ein globales Modell , bestehend aus dem finite-Elemente Ozean-Meereis-Modell FESOM und dem atmosphärischen Modell ECHAM6, implementiert. FESOM mit seinem unstrukturierten Gitter erlaubt eine starke regionale Verfeinerung von Schlüsselregionen. Das Projekt zielt darauf ab, den Einfluss einer verbesserten Darstellung der nordatlantisch-arktischen Schlüsselregion auf die Simulation der dekadischen Variabilität und Vorhersagbarkeit zu untersuchen. Für die Validierung, Verbesserung und Initialisierung des neuen TORUS-Modellsystems sowie des MiKlip-Gesamtsystems (Mittelfristige Klimaprognosen) werden neue ozeanographische Daten aus Feldmessungen in Schlüsselregionen des Arktischen Ozeans geliefert. Innerhalb des Projektes werden Sensitivitätsstudien bezüglich des Einflusses einer anderen Darstellung der Ozeandynamik und bezüglich des Einflusses einer regional verfeinerten Auflösung der Arktis durchgeführt, um ein verbessertes Verständnis von fundamentalen Mechanismen dekadischer Variabilität und Vorhersagbarkeit zu erlangen. Auf diese Weise tragen die Arbeiten mit dem globalen TORUS-Modellsystem zum MiKlip-Gesamtsystem bei. Mit dem TORUS-System werden weiterhin Ensemble-Simulationen für die nächste Dekade durchgeführt, auf deren Grundlage der Einfluss einer verbesserten Darstellung der nordatlantisch-arktischen Schlüsselregion und einer anderen Darstellung der Ozeandynamik auf die dekadischen Prognosen innerhalb des MiKlip-Systems abgeschätzt werden kann. Dementsprechend umfasst das Projekt TORUS verschiedene Arbeitspakete. Das globale, gekoppelte TORUS-Modellsystem, bestehend aus dem Ozean-Meereis-Modell FESOM mit unstrukturiertem Gitter und dem Atmosphärenmodell ECHAM6 wird implementiert und validiert. Nach der Durchführung von Kontrollsimulationen mit einem uniformen Gitter werden Sensitivitätsstudien zum Einfluss einer regional verfeinerten Modellierung auf dekadische Variabilität und Vorhersagbarkeit mit zwei verschiedenen Verfeinerungsstufen über der nordatlantisch-arktischen Region durchgeführt. Neue ozeanographische Datensätze werden erhoben und für die Validierung und Initialisierung des TORUS- und MiKlip-Systems aufbereitet. In der Endphase des Projektes wird TORUS mit Ensemblesimulationen zur Erstellung von dekadischen Klimavorhersagen beitragen. Das TORUS-Projekt wird wichtige Beiträge zu den Forschungszielen im Rahmen des MiKlip-Gesamtsystem liefern: (1) durch die Bereitstellung des globalen TORUS-Modellsystems, welches eine regionale Erhöhung der Auflösung in Schlüsselregionen erlaubt, (2) durch die Bereitstellung eines globalen Modells für dekadische Vorhersagen mit einer anderen Darstellung der Dynamik des Meereis-Ozean-Systems als im MiKlip-System. usw.
Das Projekt "Vorhaben: Teilprojekt 6a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. In Teilprojekt 6 werden Permafrost-relevante Prozesse wie der vertikale Kohlenstofftransport, die Stabilisierung organischen Materials und der Ab- und Umbau organischen Materials in das Ökosystemmodell JSBACH implementiert. Die dynamische Unterteilung der Landschaft in aerobe und anaerobe Bereiche findet besondere Berücksichtigung. Mittels eines Torfmodells kann die Akkumulation organischen Materials während interglazialen und interstadialen Zeitabschnitten quantifiziert werden. Mittels JSBACH wird die Vulnerabilität des Bodenkohlenstoffs unter sich ändernden Umweltbedingungen prognostiziert. Rückkopplungsmechanismen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre werden in gekoppelten Simulationen des JSBACH und des Atmophärenmodells ECHAM studiert.
Das Projekt "Untersuchungen zur Empfindlichkeit des Wasserkreislaufs in Europa auf Veraenderungen der CO2-Konzentrationen 1990-2050 - Teil I" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 08 Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Institut für Pflanzenökologie (Botanik II) durchgeführt. Wir wollen den Einfluss des atmosphaerischen CO2-Anstiegs auf den Wasserhaushalt in Europa bis zum Jahr 2050 untersuchen. In frueheren Projekten, die durch das BMBF und die EU gefoerdert wurden, haben wir ein generisches, mechanistisches Modell zur Beschreibung der Einfluesse von Wetter, Bodenfeuchte, Kohlendioxidkonzentration u.a. auf die Oeffnungsweite der Stomata von Pflanzen entwickelt. Dieses Modell haben wir fuer wichtige funktionale Typen von Pflanzen aus verschiedenen Vegetationsformationen der Erde auf einer Reihe von Messkampagnen in Europa und Suedamerika parametrisiert. In Koppelung mit dem High-Resolution Biosphere Model, einem in unserer Arbeitsgruppe entwickelten Vegetationsmodell fuer biogeochemische Stoffkreislaeufe, wird die Stomatakonduktanz mittels der modellierten Blattflaechen und Bestandeshoehen auf Pflanzenbestaende skaliert. Mittels Wetterdaten aus dem Klimamodell ECHAM2 und CO2-Szenarien der Periode 1990-2050 treiben wir die gekoppelten Modelle an und erzeugen fuer diesen Zeitraum hochaufgeloeste Werte der Bestandeskonduktanz fuer Europa und die anderen Kontinente, die dann wieder in das Klimamodell einfliessen (wechselseitige Off-line-Koppelung). Die Empfindlichkeit des Wasserkreislaufs auf CO2-Aenderungen zeigt sich im Vergleich mit Ergebnissen von Landoberflaechen-Parametrisierung in bisherigen Klimamodellen. Die regionalen Ergebnisse fuer Europa werden aus geooekologischer, forstwissenschaftlicher und agrarwissenschaftlicher Sicht bewertet und als Basis fuer politische Entscheidungen aufgearbeitet.
Das Projekt "Untersuchung der direkten und indirekten Beeinflussung des Klimas durch anthropogene Spurengasemissionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Assessment of the regional distributions of the methane sources and source strengths will be achieved by 'inverse modelling' using global three-dimensional tracer transport models (TM2 and MOGUNTIA) and global observations. Atmospheric chemistry models will be further developed to be able to calculate distributions of sulfur species, the methane cycle, taking into account the role of CO, NOx and several hydrocarbons. The models will be based on the transport models TM2 and MOGUNTIA. A scheme for radiation calculation of atmospheric radiation for use in the three-dimensional climate model ECHAM will be developed. It will be based on the Morcrette scheme, which is used in the ECMWF operational weather prediction model. A code will be developed, which will treat the trace gases independently, and which will take into account the optical properties of aerosols. The scheme will be compared with detailed line-by-line calculations. A scheme for treating aerosols in the MOGUNTIA model will be developed, based on earlier work on the sulfur cycle. For use in the ECHAM model, a parametrization will be developed to describe the major aerosol influence on cloud microstructure and the optical properties of clouds. The ECHAM model will be applied to estimate the indirect cooling effect of ozone depletion. Also, the ECHAM model, coupled with a MPI ocean model, will be applied to study the climatic responses to perturbations in the radiative fluxes by alteration of concentrations of methane, sulfate and ozone. Programm modules developed by the individual participants will be implemented in ECHAM and several sensitivity studies performed. Results of these studies will be used to improve the TM2 and MOGUNTIA models. Model results will be validated through comparison with trace gas measurements from monitoring networks, precipitation statistics, precipitation chemical composition, aerosol climatologies from in-situ and remote sensing data, and with satellite data on aerosol and cloud optical depths and liquid water path. Much of the work will be done in collaboration with the Center for Clouds, Chemistry and Climate (C4) in the USA.
Das Projekt "Einfluss des Klimawandels auf Wasserverfuegbarkeit und Hochwasser in Deutschland und Europa - Eine integrierte Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Wissenschaftliches Zentrum für Umweltsystemforschung durchgeführt. Ziel des beantragten Projekts ist es, eine erste integrierte Analyse der Auswirkung des Klimawandels auf die Wasserverfuegbarkeit in Deutschland und Europa durchzufuehren. In einem interdisziplinaeren Ansatz sollen existierende Klimadaten und -modelle verwendet werden, um den moeglichen Einfluss eines Klimawandels auf das Wasserdargebot, den Wasserbedarf, die Energiegewinnung aus Wasserkraft und die Hochwasserhaeufigkeit abzuschaetzen. Das Projekt zeichnet sich durch folgende Punkte aus: 1) es verknuepft die Ergebnisse von 4 Modellen miteinander, die dem aktuellen Stand der Wissenschaft entsprechen: die des globalen und des regionalen Klimamodells des MPI (ECHAM und HIRHAM), die des mesoskaligen hydrologischen Elbemodells des PIK (RAGTIME) und die des europaeischen bzw. globalen Wassermodells der GH Kassel (WaterGAP); 2) es beruecksichtigt nicht nur Abflussaenderungen, sondern auch Aenderungen in der Wassernutzung; 3) es liefert neue politikrelevante Informationen ueber die zukuenftigen Aenderungen der Wasserversorgungssituation, des Potentials fuer Energiegewinnung aus Wasserkraft und der Hochwassergefaehrdung in Deutschland und Europa.
Das Projekt "Teilvorhaben 6 - Untersuchungen des Klimawandels" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH, Climate Service Center Germany (GERICS) durchgeführt. Der Okavango-Fluss entspringt im zentralen Hochland Angolas und mündet in Botsuana im größten Binnendelta der Welt. Er ist die zentrale Lebensader für ein Mosaik aus Waldsavannen und ausgedehnten Feuchtgebieten. Klimawandel, Bevölkerungswachstum und Übernutzung bedrohen das gesamte Ökosystem. Als Folge davon kommt es zu erheblichen Konflikten um Land- und Wassernutzung. Das Projekt 'The Future Okavango' (TFO) hat zum Ziel, das Land- und Ressourcenmanagement in den betroffenen Regionen zu verbessern.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Verbesserung numerischer Algorithmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Institut für Informatik durchgeführt. Für das Gesamtziel der PalMod Maßnahme ist nötig, mehrere Modell-Jahrhunderte an einem Tag simulieren zu können. Eine effiziente Implementierung des MPI-ESM Modells ist daher notwendig, um diese Durchsatzrate erzielen zu können. Dafür werden im Projekt bestehende Schwachstellen in den einzelnen Modellkomponenten behoben und neue bzw. angepasste Algorithmen entwickelt, die eine Performancesteigerung versprechen. Neben passenden numerischen Verfahren sollen auch neue Hardware Architekturen auf einen potentiellen Performancegewinn hin untersucht und das Modell dementsprechend portiert werden. Es werden in diesem Teilprojekt zunächst Funktionen im Klimamodell MPI-ESM (vor allem in der Atmosphärenkomponente ECHAM) untersucht, die Performance-relevant sind sich durch Interpolation (anstatt exakter Auswertung) beschleunigen lassen. Neue entsprechende Interpolationen werden ggfs. entwickelt, implementiert und in das MPI-ESM integriert. Auf Basis der bisherigen Erfahrungen werden performance-relevante Modellteile auf Hardwarebeschleuniger wie Grafikkarten und Xeon-Phi-Prozessoren portiert und der Performancegewinn untersucht. Ggfs. werden die angepassten Programmcodes in die aktuelle Version des Models MPI-ESM (bzw. ECHAM) integriert.
Das Projekt "Vorhaben: Klimamodell der nächsten Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Die globale Umwälzbewegung (GOC) ist zentral für die Verteilung von Wärme und Kohlenstoff und spielt eine wichtige Rolle für das globale Klima. In AGULHAS-I wurde die regionale und globale Bedeutung des Agulhasstromsystems mit Ozeanmodellen untersucht. Die hier geschlussfolgerten Variabilitäten auf bis zu multi-dekadischer Zeitskala bedingen für eine weitere Untersuchung den Betrieb von gekoppelten Atmosphäre-Ozeanmodellen. AGULHAS-II konzentriert sich auf die Entwicklung und den Betrieb eines gekoppelten Ozean-Atmosphäre Systems für die Untersuchung großskaliger Einflüsse und Untersuchungen zum regionalen Klima im südlichen Afrika. Experimente mit dem gekoppelten Modell FESOM-ECHAM werden mit einer analogen Konfiguration auf Basis des Nesting-Ansatzes verglichen. Außerdem wird die Bildung und Ausbreitung von Zwischenwassermassen in die 'Benguela Boundary Upwelling Systems' untersucht. Als erster Schritt wird die existierende Ozeankonfiguration FESOM mit der aktuellen Version 6.3 des Atmosphärenmodells ECHAM gekoppelt (Meilenstein A1, Q2/2017). Ein erster Kontrolllauf soll unter präindustriellem CO2 Antrieb durchgeführt werden. Der Fokus ist dabei auf dem mechanistischen Verständnis, z.B. dem Einfluss des Agulhas leakage auf die Nordatlantische Zirkulation und die entsprechenden Wärme- und Frischwasserflüsse. Dedizierte Sensitivitätsexperimente werden durchgeführt. Die Klimasimulationen '20th/21st' (Meilenstein A2, Q1/2018) sollen dann die Frage untersuchen, welche Rolle die Agulhas leakage unter sich ändernden Klimabedingungen spielt. Augenmerk wird gelegt auf die Verschiebungen und Intensitätsänderungen der südhemisphärischen Westwinde und ob die Erhöhung des Agulhas leakage abschwächende Trends der Nordatlantischen Zirkulation in Folge einer Aussüßung im subpolaren Nordatlantik ausgleichen kann.
Das Projekt "Globales Modell zur Vorhersage der Entwicklung der stratosphaerischen Ozonschicht mit Beruecksichtigung von Klimaeffekten und heterogener Chemie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Mittels des dreidimensionalen dynamisch chemischen Zirkulationsmodells ECHAM fuer Troposphaere und untere Stratosphaere soll abgeschaetzt werden, wie sich die Ozonschicht unter Annahme verschiedener Emissionsszenarien und natuerlicher Einfluesse wie Vulkanausbruechen veraendert (Leitthema Prognosefaehigkeit). Der Schwerpunkt unseres Beitrages liegt in der Weiterentwicklung und Analyse des Modellteils, der die heterogene Chemie beschreibt, sowie beim Vergleich der Rechnungen fuer die gegenwaertige Atmosphaere mit UARS/HALOE Satellitendaten. Untersucht werden soll die Sensitivitaet des Modellozons auf die verschiedenen Zustaende der stratosphaerischen Partikel (z B PSCs). Da es hierzu auf moeglichst gute Berechnung der Temperatur und des Wasserdampfes ankommt, sollen Studien mit verfeinerter vertikaler und horizontaler Aufloesung durchgefuehrt werden, einschliesslich solcher mit vollstaendiger Koppelung von Ozon- und Temperaturberechnung sowie Belastbarkeitsanalyse.
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| Bund | 16 |
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