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 "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 "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 "Teilprojekt 4: Untersuchung des Kohlenstoff-Transports" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Meereskunde (IfM) durchgeführt. Die den Kohlenstoff-Zyklus bestimmenden Prozesse sowie die Variabilität in den indonesischen Küstengewässern und deren Beitrag zum globalen Kohlenstoffumsatz sollen mit Hilfe von Modellstudien und unterstützenden Schiffskampagnen untersucht werden. Die Modellstudien wenden das hydrodynamische Zirkulationsmodell HAMSOM sowie das Kohlenstoffkreislauf-Modell ECOHAM auf die Untersuchungsregion der westlichen indonesischen Gewässer an. Drei Schiffreisen werden in den Straßen von Malakka und Makassar zu unterschiedlichen Jahreszeiten durchgeführt, um Perioden mit minimalem und maximalem Frischwassereintrag abzudecken. Dabei werden vier deutsche und mehrere indonesische Teilprojekte diverse biogeochemische und physikalische Parametermessen. Um die wichtigsten Prozesse im Kohlenstoffumsatz angemessen beschreiben zu können, wird die Kohlenstoff-Modellierung in enger Abstimmung mit den Teilprojekten erfolgen, die für die entsprechenden biogeochemischen Messungen auf den Schiffskampagnen verantwortlich sind. Die Arbeiten teilen sich in drei unterschiedliche Felder: Anwendung des hydrodynamischen Modells HAMSOM zur Gewinnung von dreidimensionalen Verteilungen der physikalischen Parameter wie Geschwindigkeiten oder Temperaturen im Untersuchungsgebiet. Diese Daten werden für die zweite Aufgabe benötigt: die Anwendung des Modells zur Simulation des Kohlenstoffumsatzes in den Gewässern. Die dritte Aufgabe besteht in der Organisation der Schiffskampagnen für alle interessierten Teilprojekte.
Das Projekt "Teilprojekt: Modellierung der Ökosystemdynamik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Meereskunde (IfM) durchgeführt. (siehe auch Gesamtvorhabensbeschreibung) Die in der ersten Projektphase erzielten Ergebnisse sollen mit einer feineren räumlichen Auflösung mit dem Ökosystem-Modell ECOHAM simuliert werden. Die auf der Basis der bisherigen Simulationen entwickelte Methodik soll dabei auf die erweiterten Möglichkeiten der Modellierung mit dem dreidimensionalen Modell ECOHAM ausgedehnt werde, z.B. zur Erfassung der Auswirkungen von Wake Effekten oder weiterer Nutzungsformen der Nordsee. Die Basis der Modellrechnungen bilden die in der ersten Phase des Projektes entwickelten Zukunftsszenarien. Die Simulationen erstrecken sich sowohl auf die Störungen während der Bauphase der Windkraftanlagen als auch auf die Auswirkungen in der Betreibsphase. Letztere wird durch die Änderungen des Windfeldes mit der Modellierung von Wake Effekten dargestellt. Hierzu wird das Ökosystem-Modell ECOHAM in einer räumlich feinen Auflösung aufbereitet. Die fein aufgelöste Modellversion ECOHAM liefert eine wichtige Grundlage für die Modellierung zukünftiger Entwicklungen der Nordseeküstenzone. Die Simulationen gehen in die integrative Bewertung ein und liefern wichtige Beiträge zu Fragen der nachhaltigen Entwicklung im IKZM.
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 "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.
Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Hochauflösende Klimamodellierung des Agulhasstromsystems als Schlüsselregion für die globale Ozeanzirkulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 1: Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Forschungseinheit Theorie und Modellierung durchgeführt. Die Agulhasstromsystem südlich von Afrika ist ein entscheidendes Glied in der globalen Umwälzbewegung und beeinflusst daher das globale Klima. Die Komplexität des Systems erfordert, dass eine realistische Simulation des Agulhasstromsystems nur mit hochauflösenden Modellen möglich ist. Darüber hinaus erfordert die Einbettung des Systems in die globale Zirkulation auf (multi) dekadischen Zeitskalen die Einbeziehung von gekoppelten Ozean-Atmosphären-Wechselwirkungen. Dieses Projekt kombiniert hohe ozeanische Auflösung mit aktiver Atmosphärendynamik mit Hilfe eines Nesting-Ansatzes. Diese Koppelung ermöglicht die Untersuchung Einflusses des Agulhasstromsystems auf die globale Umwälzbewegung auf dekadischen und multidekadischen Zeitskalen. Die existierende Ozeankonfiguration INALT01 wird mit der aktuellen Version 6.3 des Atmosphärenmodells ECHAM gekoppelt. Dieses geschieht in enger Abstimmung mit dem Partner AWI. Ein erster Kontrolllauf soll unter präindustriellem CO2 Antrieb durchgeführt werden. Dedizierte Sensitivitätsexperimente helfen, das mechanistische Verständnis, z.B. den Einfluss des Agulhas leakage auf die Nordatlantische Zirkulation, zu untersuchen. 'Global Warming' Simulationen sollen dann die Frage untersuchen, welche Rolle die Agulhas leakage unter sich ändernden Klimabedingungen spielt. Das in der ersten Phase entwickelte 1/20° Ozeanmodell INALT20 bleibt ein wichtiger Bestandteil für die Untersuchung der kleinskaligen und küstennahen Prozesse.
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