Das Projekt "Teilprojekt 3: Modellierung der atmosphärischen Methansenke innerhalb MPI-ESM und CLIMBER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Die Oxidationskapazität der Atmosphäre, Glazial und Interglazial, lässt sich mit gekoppelten Klima-Chemiemodellen (CCM) berechnen, die für das transiente Experiment zu rechenaufwendig sind. Zwei vereinfachte Ansätze nutzen aus, dass sich die atmosphärische Methansenke (OH) nur auf klimatologischen Zeitskalen ändert. OH-Klimatologien sind sowohl für EMIC (CLIMBER) als auch für Erdsystemmodelle (ESM; hier MPI-ESM) geeignet. Die adaptive Chemie besteht in einer variablen Kopplung von Chemie und zugehöriger Prozesse mit dem Rest des ESM. Eine neue chemische Senke für Methan wird berechnet, wenn sich auch die Oxidationskapazität der Atmosphäre ändert. Bei diesem Ansatz ist die Chemie vollständig in das ESM integriert, soll aber im Mittel nur alle 20-50 Jahre neu berechnet werden, um so die zusätzliche Rechenlast auf ca. 10-20 % zu beschränken. Es ist die Diskrepanz in der Methanlebensdauer im letzten glazialen Maximum abgeleitet aus Eiskerndaten und bisherigen CCM-Simulationen zu klären. In den ersten beiden Jahren wird die effiziente Chemie entwickelt und in CLIMBER und MPI-ESM implementiert. In enger Kooperation mit Teilprojekt 1.2 (TP 1.2) der PalMod Initiative werden mittels Zeitscheiben-Simulationen für relevante Klimazustände wie z.B. das Last Glacial Maximum (LGM), das frühe Holozän etc., OH-Klimatologien erstellt und eine Funktion entwickelt, die Änderungen des Erdsystems parametrisiert, um zwischen den OH-Klimatologien zu interpolieren. Für die adaptive Chemie dienen diese Zeitscheiben als Basis für die Entwicklung einer Triggerfunktion, die abhängig vom sich ändernden Klima den Aufruf der Chemie steuert. Sie kann zum großen Teil auf der Interpolationsfunktion des klimatologischen Ansatzes basieren. Für die Zeitscheiben-Rechnungen ist der Einsatz des CCM EMAC geplant, mit Randbedingungen die von TP 1.2 zur Verfügung gestellt werden. Abschließend werden wir ein transientes Experiment mit MPI-ESM durchführen, sowie multiple transiente Simulationen mit CLIMBER.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Numerische Simulation des Staubkreislaufs mit COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Ziel von WP 2.4-TP1 ist ein verbessertes Verständnis des Mineralstaubkreislaufs hinsichtlich seiner Rolle und Rückkopplung in Eiszeit-Warmzeit-Zyklen und den damit einhergehenden Mechanismen. Im Rahmen des Vorhabens sollen die numerischen Atmosphäre-Tracertransport Modellsysteme COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM zur Simulation des atmosphärischen Staubkreislaufs genutzt werden um das Staubmodul im CESM-Erdsystemmodell (Community Earth System Model, siehe Teilprojekt 2.4-TP2) hinsichtlich der Darstellung des Staubkreislaufs zu verbessern. Der Arbeitsplan besteht aus drei Teilen: 1) Bewertung und Optimierung des Staubemissionsmoduls im Erdsystemmodell anhand der Modellkaskade COSMO-MUSCAT (Regionalmodell) - ECHAM6-HAM (Globalmodell) - Erdsystemmodell; Verbesserung der Darstellung von glazigenen Staubquellen in den Modellen. 2) Sensitivitätsstudien mit den Modellen COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM: Die höhere raum-zeitliche Auflösung der Modelle COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM erlaubt eine detailliertere Auswertung der den Staubkreislauf antreibenden, wechselwirkenden und ausprägenden Mechanismen. Hoch-auflösende Modellsimulationen für ausgewählte Zeitscheiben werden mit den Ergebnissen der Erdsystemmodelle initialisiert, durchgeführt und im Vergleich zu den Erdsystemmodell Ergebnissen ausgewertet. Diese die Erdsystemmodellsimulationen begleitenden Simulationen geben weiter Aufschluss über die Genauigkeit des in Teil 1 im Erdsystemmodell optimierten Staubemissionsmoduls sowie die Abbildung des Staubkreislaufs und seinen Kontrollen. 3) Modellvalidierung gegen moderne Bobachtungsdatensätze wie die des Sonnenphotometer Messnetzes und Satelliltenbeobachtungen für Simulationen in der heutigen Zeit.
Das Projekt "Evaluierung verschiedener Ozeanparameter aus den MPI-ESM Jahreszeitenvorhersagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Wetterdienst (DWD), Geschäftsbereich Klima und Umwelt, Abteilung Klima- und Umweltberatung - Zentrales Klimabüro durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Im vorliegenden Vorhaben soll die Evaluierung von globalen Jahreszeitenvorhersagen über dem Ozean mit Satellitenbeobachtungen als Prototyp entwickelt werden. Damit wird das Einsatzpotential von Produkten der Sentinel-Generation für die Entwicklung und Verbesserung von Klimamodellen untersucht. 2. Arbeitsplanung: Zur Evaluierung von Jahreszeitenvorhersagen verschiedener Ozeanparameter wird mit Hilfe von Copernicus-Daten ein Softwarepaket erstellt. Die notwendigen Arbeiten innerhalb des Projektes sind wie folgt unterteilt: a) Entwicklung einer Testsuite für die Ozeanevaluierung anhand von In-situ und Satellitendaten. Dabei werden die Modellergebnisse für verschiedene Ozeanparameter aus den Hindcasts, d.h. den Vorhersagen für die Vergangenheit, anhand der verfügbaren Beobachtungsdatensätze (in-situ und Satellit), die über das Copernicus-Projekt MyOcean und HOAPS bereit gestellt werden, evaluiert. Sobald die Sentinel-Daten über das MyOcean Projekt zur Verfügung stehen, sollen diese im Projekt genutzt werden. b) Vergleich von neuen Daten mit unabhängigen Datensätzen. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf folgende Parameter gesetzt: (i) Meeresoberflächentemperatur (Sentinel 3), (ii) Meereiskonzentration und -ausdehnung (Sentinel 1) und (iii) Bestimmung der Auslenkung des Meeresspiegels (Sentinel 1 und 3). 3. Ergebnisverwertung: Saisonale Klimaprognosen mit hoher Qualität gestatten eine frühzeitige Planung von Vorsorgemaßnahmen der Industrie und Gesellschaft und können sich daher als Standortvorteil erweisen. Belastbare saisonale Ozean- und Meereisprognosen ermöglichen auch eine Verbesserung der Vorhersage über Land, dem Meereis in der Ostsee oder der Arktis (Möglichkeiten der Nordpassage), sowie eine frühzeitige Warnung auf mögliches Algenwachstum. Bei erfolgreicher Anwendung der entwickelten Software wird daher die Übernahme in die operationelle Verifikation geprüft.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Konsistente Etablierung des viskolastischen Erdmodell VILMA in die Erdsystemmodelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. In diesem Vorhaben soll das viskoelastische Erdmodell VILMA als Feste-Erde-Komponente, die die Bestimmung der statischen Meeresspiegeländerung und der Eigengravitation einschließt, in den für das Programmthema PalMod-1, Physikalische Systeme, relevanten Erdsystemmodellen etabliert werden. Zu untersuchenden Kopplungsmechanismen sind Meeresspiegelvariationen und Änderungen in der Land-Ozean-Maske bezüglich des Ozeanzirkulationsmodelles, Isostasie auf den Kontinenten und der Einfluss des Meeresspiegels an den marinen Eisränden bezüglich der Eisschildentwicklung. Ziel ist es, VILMA in die diskutierten Erdsystemmodelle (ESMs) konsistent zu integrieren. Dazu werden geeignete Schnittstellen zur Ozean- und Eisschildkomponente entwickelt, um flexibel auf die sich aus der Kopplung ergebenden Anforderungen reagieren zu können. In Kooperation mit Teilprojekt PalMod-1-2-TP4 werden zur glazial isostatischen Anpassung konsistente Topographie/Bathymetrie-Modelle über das letzte Glazial bestimmt, Prozesse, die sich aus der dynamischen Kopplung der ESM mit VILMA ergeben werden analysiert, und die resultierenden Effekte quantifiziert. Dies erfolgt in Kooperation mit weiteren Projekten innerhalb des Verbundes. Aufbauend auf diesen Analysen trägt die Arbeit dazu bei, eine für die dynamische Kopplung optimierte Feste-Erde-Komponente für transiente Simulationsläufe bereitzustellen, die in einer alle Komponenten verbindenden Analyse verbessert werden.
Das Projekt "Klimaübergänge: Ursachen und Rückkopplungsmechanismen für eiszeitliche und rezente Klimaschwankungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachgebiet Geochemie und Hydrogeologie durchgeführt. Ziel der beantragten Forschungsgruppe ist die Identifikation und Analyse von Ursachen und Mechanismen, die Klimaübergängen zugrunde liegen. Hierzu wird ein Erdsystemmodell mittlerer Komplexität bereitgestellt, das die Klimadynamik auf geologischen Zeitskalen abbildet und somit einen Zugang zur Interpretation von Klimadaten liefert. Angesichts der Unsicherheit der künftigen Klimaentwicklung bietet die Paläoklimatologie die ausgezeichnete Möglichkeit, Mechanismen für abrupte Klimaänderungen zu analysieren und den menschlichen Einfluss auf das Klima abzuschätzen. Die durchzuführenden Simulationen einzelner Abschnitte der letzten glazial-interglazial Zyklen und des nächsten Jahrtausends liefern dabei ein Verständnis der beteiligten Rückkopplungen, Schwellen und Resonanzen im Klimasystem. Insbesondere wird die Rolle des Ozeans, des Wasserkreislaufs, der Vegetation und die Muster der atmosphärischen Variabilität ausgearbeitet. Die Simulation von Übergängen geht wesentlich über bisherige Modellaktivitäten von Zeitscheibenexperimenten hinaus, in denen wegen der fehlenden Zeitdimension auf einen Großteil der verfügbaren Daten verzichtet werden muss.
Das Projekt "Klimauebergaenge: Ursachen und Rueckkopplungsmechanismen fuer eiszeitliche und rezente Klimaschwankungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Meteorologisches Institut durchgeführt. Ziel der beantragten Forschungsgruppe ist die Identifikation und Analyse von Ursachen und Mechanismen, die Klimauebergaengen zugrunde liegen. Hierzu wird ein Erdsystemmodell mittlerer Komplexitaet bereitgestellt, das die Klimadynamik auf geologischen Zeitskalen abbildet und somit einen Zugang zur Interpretation von Klimadaten liefert. Angesichts der Unsicherheit der kuenftigen Klimaentwicklung bietet die Palaeoklimatologie die ausgezeichnete Moeglichkeit, Mechanismen fuer abrupte Klimaaenderungen zu analysieren und den menschlichen Einfluss auf das Klima abzuschaetzen. Die durchzufuehrenden Simulationen einzelner Abschnitte der letzten Glazial-Interglazial Zyklen und des naechsten Jahrtausends liefern dabei ein Verstaendnis der beteiligten Rueckkopplungen, Schwellen und Resonanzen im Klimasystem. Insbesondere wird die Rolle des Ozeans, des Wasserkreislaufs, der Vegetation und die Muster der atmosphaerischen Variabilitaet ausgearbeitet. Die Simulation von Uebergaengen geht wesentlich ueber die bisherige Modellaktivitaeten und Zeitscheibenexperimenten hinaus, in denen wegen der fehlenden Zeitdimension auf einen Grossteil der verfuegbaren Daten verzichtet werden muss.
Das Projekt "Ozeanische Aufnahme anthropogener Spurengase: Realistische Darstellung des Effekts mesoskaliger Prozesse in Zirkulationsmodellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Meereskunde durchgeführt. Das Vorhaben zielt auf ein Verstaendnis der Rolle mesoskaliger Bewegungsvorgaenge im Ozean fuer die Aufnahme anthropogener Spurengase und eine verbesserte Darstellung des Effekts dieser Prozesse in Klima- bzw. Erdsystemmodellen. Dies soll erreicht werden durch eine Sequenz von Experimenten mit Atlantikmodellen unterschiedlicher Aufloesung (5 km, 20 km, 80 km Gitterweite), in denen die mesoskaligen Prozesse entweder explizit aufgeloest oder im Hinblick auf ihren Vermischungseffekt parametrisiert werden. Die Modellanalyse zielt auf eine Bewertung der Faktoren Modellaufloesung und Parametrisierungsansatz und soll zu einer verbesserten Parametrisierung relevanter, nicht-aufgeloester ozeanischer Vorgaenge beitragen. Als Ergebnis dieses systematischen Modellvergleichs werden wichtige Entscheidungskriterien fuer die Konzeption realistischer Ozeanmodellkomponenten fuer Klimastudien erwartet.
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