Das Projekt "Teilprojekt 1: Transiente Simulationen mit dem gekoppelten Erdsystemmodell am AWI" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die transiente Simulation des Endes der letzten Eiszeit mit Hilfe des vollgekoppelten Erdsystemmodells am AWI (MPI-ESM mit interaktivem AWI-Eisschildmodell), dessen Entwicklung in PalMod-1-1 und PalMod-1-2 vorangetrieben wird. Arbeitsschwerpunkte des Teilprojektes sind die Untersuchung von verschiedenen Antriebsfaktoren für die Deglaziation und von Rückkopplungsmechanismen und Synergien zwischen den verschiedenen Klimakomponenten Atmosphäre, Ozean, Eis und Landoberfläche. Außerdem sollen verschiedene Auslösefaktoren von abrupten Klimaereignissen getestet werden. Die Untersuchungen sollen ein besseres Verständnis liefern, inwieweit abrupte Klimaschwankungen die letzte Deglaziation und unsere darauf folgende interglaziale Warmzeit beeinflusst haben. Ein Vergleich mit den entsprechenden Untersuchungsergebnissen in den Teilprojekten PalMod-1-3-TP2 und PalMod-1-3-TP3 wird dazu dienen, die Robustheit der Resultate einzuordnen. Der Arbeitsplan beinhaltet die Implementierung glazialer und interglazialer Randbedingungen, sowie zeitlich variabler Antriebsfaktoren für die letzte Deglaziation in das Erdsystemmodell. In der ersten Projektphase werden die deglaziale Eisschildentwicklung und Schmelzwasserflüsse aus dem Teilprojekt PalMod-1-3-TP4 vorgeschrieben. Anschließend werden interaktive Eisschilde in den transienten Langzeit-Simulationen berücksichtigt. Neben der Durchführung der Simulationen sieht der Arbeitsplan eine detaillierte Analyse vor. Schwerpunkte dieser Analysen umfassen insbesondere Telekonnektionen, Ozean/-Eisschildinteraktionen, sowie abrupte Klimaschwankungen und das Stabilitätsverhalten der großskaligen meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik. Methodisch integriert der Arbeitsplan verschiedene Ansätze, wie z.B. die Synergieanalyse verschiedener Klimakomponenten und eine kritische Bewertung der Modelszenarien durch eine enge Verknüpfung mit Paläodaten aus Ozean-, Land- und Eisarchiven in Kooperation mit PamMod-3-3.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Erforschung fortschrittlicher Kopplungstechniken zwischen Teilkomponenten des MPI-ESM für lange Integrationszeiten und mehrskalige Prozesse, sowie deren algorithmische und technische Optimierung für neue Zielplattformen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Die Kopplung von Teilkomponenten eines Erdsystem-Modells stellt eine zentrale Aufgabe dar. Die Bereitstellung von mathematischen, informatischen und technischen Werkzeugen zur Verbindung der Schnittstellen zwischen den modellierten Komponenten des Erdsystems ist daher das Ziel der Arbeiten in diesem Arbeitspaket. Dabei muss einerseits sichergestellt werden, dass die Kopplung der Komponenten auch über lange Integrationszeiten mathematisch/physikalisch konsistent bleibt, andererseits aber effizient und skalierbar berechnet werden kann. Darüber hinaus müssen die Schnittstellen der Komponenten über die Zeit variabel gestaltet werden, denn das Erdsystem ändert sich stark über die extrem langen Integrationszeiten, die in diesem Projekt angestrebt werden. Schließlich sollen Algorithmen entwickelt werden, die auch auf künftigen Generationen von Rechnern einsetzbar sind. Zum einen soll der Einsatz von Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), also von Standard-CPUs völlig verschiedenen Prozessoren zur Kopplung im Erdsystemmodell erprobt werden. FPGAs sind in anderen Forschungsfeldern (z.B. Bioinformatik) bereits mit großem Erfolg eingesetzt worden; zur Modellkopplung in den Klimawissenschaften liegen noch keine Erfahrungen vor. Dieser Ansatz ist sehr experimentell. Eine zweite Zielsetzung ist die dynamische Kopplung eines Eisschildmodells an das Erdsystemmodell, insbesondere an den Ozean. Kritische Punkte sind dabei die Umsetzung von sich verändernden Land-See-Masken und die Untersuchung des Einflusses auf die Stabilität der Simulationen.