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Geo-Engineering

In dieser Arbeit wird der Einfluss von sogenanntem stratosphärischen Geoengineering auf die Ozonschicht der Stratosphäre mit globalen Zirkulationsmodellen untersucht. Stratosphärisches Geoengineering soll einen globalen Abkühlungseffekt erzeugen, welcher der globalen Erwärmung entgegenwirken soll. Momentane Schätzungen gehen davon aus, dass dazu jährliche Injektionen in der Größenordnung von 1-10 Mt Schwefel notwendig sind. Diesen Schätzungen entsprechend werden Sensitivitätsstudien durchgeführt, die den Einfluss auf die Ozonschicht in Funktion der Injektionsrate und einiger Schlüsselparametern zu quantifizieren suchen. Die Ergebnisse zeigen einen sehr komplexen Zusammenhang zwischen den beteiligten Prozessen. Insbesondere dem Zusammenspiel zwischen den Strahlungseigenschaften des Sulfataerosols, der stratosphärischen Zirkulation, den Polarwirbeln, und der Ozon- und Aerosolchemie scheint eine Schlüsselrolle zuzukommen. Unsere Berechnungen ergeben, dass über den Subtropen durch chemische Effekte mit einer Zunahme der Ozonschicht um bis zu 5% zu rechnen ist, während über den Polargebieten und den gemäßigten Breiten vorwiegend eine Abnahme der Ozonkonzentration um bis zu 10% zu erwarten ist. Die Resultate sind jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet, die eine korrekte Quantifikation der Implikationen des Geoengineering auf die Ozonschicht mittels Modellexperimenten als wenig wahrscheinlich erscheinen lassen. Veröffentlicht in Texte | 25/2016.

oWLK-GCM objective weather types derived from General Circulation Models (Reanalysis data and Global Climate Model Simulations)

Objective weather types of Deutscher Wetterdienst derived from different Reanalysis and Global Climate Model simulations for the control run (1951-2000) and the projection period (2000-2100). On the one hand, the dataset is useful for evaluation of representative circulation statistics in Central Europe, on the other hand, for the analysis of future weather types due to climate change. Added temperature and precipitation data allow to study the weather type effectiveness for these important climate parameters.

Atmosphärische Zirkulationsindizes globaler Klimamodelle (Status: 2010) "OWLK_GCM-plus"

Dieser Datenbestand dient der Analyse atmosphärischer Zirkulationsbedingungen (Wetterlagen, NAO) im nordatlantisch-mitteleuropäischen Sektor wie sie von Reanalyse- und globalen Klimamodellen (Status: 2010) simuliert werden. Ausgewählt wurden solche Klimamodelläufe, die für Mitteleuropa oder Deutschland regionalisiert wurden. Mit dem Datenbestand kann einerseits die Eignung der verschiedenen Modelle zur Reproduktion der beobachteten Zirkulationsverhälnisse (1950-2000) geprüft werden. Andererseits können simulierte Änderungen (2001-2100) ausgewertet werden. Zusätzlich werden Temperatur -und Niederschlagsdaten bereitgestellt, mit denen die Wetterwirksamkeit der Wetterlagen je GCM bewertet werden kann.

Flood risk in a changing climate (CEDIM)

Das Projekt "Flood risk in a changing climate (CEDIM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Aims: Floods in small and medium-sized river catchments have often been a focus of attention in the past. In contrast to large rivers like the Rhine, the Elbe or the Danube, discharge can increase very rapidly in such catchments; we are thus confronted with a high damage potential combined with almost no time for advance warning. Since the heavy precipitation events causing such floods are often spatially very limited, they are difficult to forecast; long-term provision is therefore an important task, which makes it necessary to identify vulnerable regions and to develop prevention measures. For that purpose, one needs to know how the frequency and the intensity of floods will develop in the future, especially in the near future, i.e. the next few decades. Besides providing such prognoses, an important goal of this project was also to quantify their uncertainty. Method: These questions were studied by a team of meteorologists and hydrologists from KIT and GFZ. They simulated the natural chain 'large-scale weather - regional precipitation - catchment discharge' by a model chain 'global climate model (GCM) - regional climate model (RCM) - hydrological model (HM)'. As a novel feature, we performed so-called ensemble simulations in order to estimate the range of possible results, i.e. the uncertainty: we used two GCMs with different realizations, two RCMs and three HMs. The ensemble method, which is quite standard in physics, engineering and recently also in weather forecasting has hitherto rarely been used in regional climate modeling due to the very high computational demands. In our study, the demand was even higher due to the high spatial resolution (7 km by 7 km) we used; presently, regional studies use considerably larger grid boxes of about 100 km2. However, our study shows that a high resolution is necessary for a realistic simulation of the small-scale rainfall patterns and intensities. This combination of high resolution and an ensemble using results from global, regional and hydrological models is unique. Results: By way of example, we considered the low-mountain range rivers Mulde and Ruhr and the more alpine Ammer river in this study, all of which had severe flood events in the past. Our study confirms that heavy precipitation events will occur more frequently in the future. Does this also entail an increased flood risk? Our results indicate that in any case, the risk will not decrease. However, each catchment reacts differently, and different models may produce different precipitation and runoff regimes, emphasizing the need of ensemble studies. A statistically significant increase of floods is expected for the river Ruhr in winter and in summer. For the river Mulde, we observe a slight increase of floods during summer and autumn, and for the river Ammer a slight decrease in summer and a slight increase in winter.

Towards the prediction of stratospheric ozone II

Das Projekt "Towards the prediction of stratospheric ozone II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung durchgeführt. General Information: Most of the research effort in understanding the processes controlling the observed ozone decline have concentrated on the polar vortex and on the interaction of the polar vortex with mid-latitudes. There are other regions that are also important for future prediction of ozone change where significant uncertainty exists. Two such regions are the tropics, where the transport between mid-latitudes and the tropics is a key unresolved issue, and the mid-latitude lowermost stratosphere, where the amount of transport from the troposphere into the stratosphere is uncertain. There is a clear requirement for validation and development of three-dimensional chemical transport models in relation to these regions. This is the objective of this proposal. The improvement of our modelling capability in these regions is necessary for assessing the impact of anthropogenic emissions on stratospheric ozone and other trace gases. In particular, it is important to understand the impact of CFCs and aircraft emissions. An accurate modelling capability for stratospheric ozone is vital for good policy decisions in the European Commission and for international protocols. The proposal brings together a number of European modelling groups who are at the forefront of stratospheric research. They will examine the behaviour of 3-dimensional chemical transport models (CTMs) in these two key regions. The sensitivity to CTM formulation and resolution will be addressed. The output from the CTMs will be validated against recently collected datasets. The CTMs will be integrated using either winds from European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) analyses or from dynamical models. The results of the CTMs using winds from a number of different dynamical models will be compared. The dynamical models will include a state-of-the-art global circulation model (GCM), a mechanistic middle atmosphere model, and a simplified GCM. This will indicate how well these dynamical models can capture the key transport processes. Perturbation experiments will be performed in the dynamical models to assess the effects on tracer transport of the quasi-biennial oscillation, aerosol radiative heating from volcanic eruptions, and increased amounts of greenhouse gases. This proposal will benchmark low-resolution CTMs, which can be used in multi-year ozone assessment studies, against much higher-resolution CTMs. Multi-year integrations will be performed to assess the impact of increased aircraft emissions on stratospheric ozone. Prime Contractor: University of Oxford, Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics Clarendon Laboratory; Oxford.

Das Klima des 21. Jahrhunderts

Das Projekt "Das Klima des 21. Jahrhunderts" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. The principal goal of the project is to model global climate change and variability on time scales from a month to several hundred years, with particular emphasis on man-induced climate change in the next century. The project addresses both anthropogenic climate change and natural climate variability. The two problems are strongly interrelated as (a) the socio-economic impact of anthropogenic modifications of natural climate variability are at least as important as the changes in the mean climate fields and (b) an understanding of natural climate variability is essential for the early detection of an anthropogenic climate signal. Most of the simulation experiments will be carried out using three-dimensional general circulation models of the atmosphere and ocean. The project is divided into five interrelated. Sub-Projects: 1) TRANSIENT RESPONSE SIMULATION OF ANTHROPOGENIC CLIMATE CHANGE. The time-dependent climate change will be simulated with coupled ocean-atmosphere General Circulation Models for various scenarios describing possible future atmospheric greenhouse gas concentrations. The results from six modelling groups will be intercompared. 2) SHORT TIME SCALE CLIMATE VARIABILITY. The causes and predictability of natural climate variability will be investigated with coupled O-A-GCMs. A major theme will be the predictability of the El Nino-Southern Oscillation and the possible modifications of INSO by man's impact on climate. Seventeen laboratories will participate in these investigations. 3) A-GCM EQUILIBRIUM CLIMATE RESPONSE SIMULATIONS AND PARAMETERIZATIONS. ... Prime Contractor: Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften eV, Institut für Meteorologie; Hamburg; Germany.

SEA LION

Das Projekt "SEA LION" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 1 Physik,Elektrotechnik, Institut für Umweltphysik,Fernerkundung durchgeführt. Gegenwaertig ist Meereis der am schlechtesten bekannte Parameter in gekoppelten globalen Zirkulationsmodellen. In diesem Projekt sollen die Atmosphaere-Ozean und Eis-Ozean Modelle (atmosphere-ocean, ice-ocean models, AOGCM) verbessert werden fuer den Bereich des antarktischen Ozeans. Dies soll durch den Einsatz von durch Fernerkundung bestimmten Meereiskonzentration und Meereisdynamik Informationen erreicht werden. Gefundenen Resultate dienen dann einem hochaufloesenden, thermodynamischen Meereismodell als Eingabeparameter, das wiederum mit dem oben erwaehnten AOGCM kombiniert werden soll. Die Hauptziele dieses Projekts sind: 1. Die Entwicklung von Zeitserien fuer die Eisdrift und Eiskonzentration aus SMMR und SSM/I Daten (Fernerkundungsteil des Projekts) 2. Entwicklung und Optimierung von dynamisch, thermodynamischen allgemeinen Zirkulationsmodellen fuer die Klimaforschung (Modellierungsteil des Projekts). Als Hauptresultate des Projekts werden bessere Eiskonzentration- und Eisdriftdatensaetze fuer den antarktischen Ozean erwartet, und es wird ein optimiertes dynamisches, thermodynamisches Meereismodell fuer die Verwendung in globalen Zirkulationsmodellen fuer die Klimaforschung und im besonderen fuer die Vorhersage von moeglichen anthropogenen Einfluessen auf das Klima bereitgestellt.

UV-Strahlung in Bayern im naechsten Jahrhundert

Das Projekt "UV-Strahlung in Bayern im naechsten Jahrhundert" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut durchgeführt. Solare UV-Strahlung ist eine wichtige Groesse fuer Photochemie und Photobiologie. So sind z.B. Ausbildung und Verlauf sommerlicher Smogepisoden wesentlich vom UV-Angebot abhaengig. Unter biologischen und medizinischen Aspekten ist UV vor allem als Ausloeser von Zellveraenderungen bedeutsam. Moegliche Wirkungen reichen dabei von Ertragseinbussen bei Kulturpflanzen bis hin zu Sonnenbrand und Hautkrebs beim Menschen. In den letzten 30 Jahren hat das stratosphaerische Ozon deutlich abgenommen und die UV-B-Strahlung dementsprechend zugenommen. Zur Abschaetzung und Bewertung der potentiellen Risiken eines zukuenftigen UV-Strahlungsklimas wurden fuer vergangene (1967-1972), derzeitige (1987-1997) und zu erwartende Atmosphaerenbedingungen (2015 und 2050) verschiedenste UV-Strahlungsgroessen bestimmt. Hierfuer wurde die Strahlung unter Verwendung von Szenarien der relevanten Atmosphaerenparameter modelliert. Atmosphaerenparameter unter zukuenftigen Klimabedingungen wurden aus Simulationen des Gesamtozons durch ein globales Zirkulationsmodell sowie regionalen BayFORKLM-Klimasimulationen abgeleitet. Die UV-Strahlung wurde spektral hochaufgeloest fuer verschiedene Empfaengergeometrien (Globalstrahlung, aktinischer Fluss, Bestrahlungsstaerke auf eine vertikale Wand) modelliert. Durch spektrale Wichtung mit verschiedenen Wirkungsspektren (z.B. Erythem, Ozonphotolyse) wurden daraus biologisch und photochemisch relevante UV-Strahlungsgroessen abgeleitet. Flaechendeckend fuer Bayern bzw. in Form von Jahresgaengen fuer bestimmte Orte koennen damit Absolutwerte oder Unterschiede zwischen verschiedenen Bedingungen (z.B. Gegenwart und Zukunft, Jahreszeit, Atmosphaerenzustaende) angegeben werden. Die biologisch und photochemisch relevante UV-Strahlung nimmt in Bayern von Norden nach Sueden zu. Die Gruende hierfuer liegen sowohl in der zunehmenden Sonnenhoehe als auch in der ansteigenden Orographie, die Auswirkungen auf Luftreinheit und Bodenalbedo hat. Diese Zunahme betraegt zwischen Maintal und Hochlagen der Alpen im Sommer etwa 30 Prozent, im Winter sogar 100 Prozent. Typische Werte fuer wolkenfreie Bedingungen im Sommer liegen etwa 8 mal hoeher als im Winter. Waehrend einer Ozon-Minihole-Episode ist die UV-B-Strahlung typischerweise um 40 Prozent erhoeht. Optisch dicke Wolken reduzieren die UV-Strahlung bis auf etwa 10 Prozent der Werte fuer wolkenlose Atmosphaere. Fuer zukuenftige Bedingungen wurden 3 moegliche Ozonszenarien analysiert, die die voraussichtlichen, aber auch pessimistische und optimistische Bedingungen wiedergeben. Die Resultate zeigen, dass die hohen UV-Werte der letzten Jahre speziell im Winter und Fruehling noch fuer mehrere Jahrzehnte andauern werden. Fuer die Zeit um 2050 ist zu erwarten, dass die UV-Strahlung fuer Sommer und Herbst auf die Werte wie zur Zeit eines anthropogen noch weitgehend ungestoerten Ozongehaltes um 1970 zurueckgeht.(gekuerzt)

Ice sheets and climate in the eurasian arctic at the last glacial maximum

Das Projekt "Ice sheets and climate in the eurasian arctic at the last glacial maximum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Institut AWI - Forschungsstelle Potsdam durchgeführt. General Information: The major scientific objectives of the proposed work are: (a) to reconstruct the glacial and climate history of the Eurasian Arctic for the Last Glacial Maximum (LGM) 18,000 to 20,000 years ago from field observations and remote sensing investigations and (b) to model numerically the ice sheets and their sensitivity to climate change. For the LGM, the Eurasian Arctic represents the largest uncertainty concerning the global distribution of glaciers, with order of magnitude differences in the area and volume of ice between the existing maximum and minimum ice-sheet reconstructions. In order to make a more reliable reconstruction of both the glacial and climate history, we will undertake extensive field investigations in critical sectors of the Russian Arctic that have been affected by these ice sheets. The changed political climate in Russia has allowed partners in this proposal to establish collaborative links with Russian scientists, and to gain access to key geological field sites. Such collaboration has also been enhanced by the activities of the recently established European Science Foundation Programme on the 'Quaternary Environment of the Eurasian North' (QUEEN). Improved knowledge of the palaeo environment and palaeoglaciology of the Eurasian North will give a better foundation for testing the General Circulation Models (GCMs) and thereby improve their predicting capabilities. It will also contribute to our basic understanding of the way the climate system works. The extent, thickness and timing of growth and decay of the huge Eurasian ice sheets that terminated on the North European and Siberian owl ands are crucial for understanding past climatic and oceanographic changes. Our research programme is divided into several work packages (WPs), with specific partners responsible for field investigations in different areas of the Eurasian North. The eastern flank of the Scandinavian Ice Sheet and the northward transition to the Barents Ice Sheet will be the focus of WP 1. In WP 2 we will study the development of the southern flank of the Kara Ice Sheet and in WP 3 the eastern flank of this ice sheet. The field-based studies will include geological, palynological and geo-chronological investigations of exposed sediments and cores from lake basins, together with large-scale glacial landform mapping from aerial photographs and satellite images. In Work Package 4 a mathematical ice-sheet model will be used to assess the sensitivity of ice build-up and decay in the Eurasian Arctic to an envelope of past environmental conditions. Observations on the extent of full-glacial ice, and the timing and pattern of ice sheet growth and decay, will be archived in an established digital database, and will be used to test the numerical model predictions of ice sheet geometry through time... Prime Contractor: Universitetet i Bergen, Centre for Enviornmental and resource Studies; Bergen; Norway.

Die Wechselwirkung zwischen dem Sturmguertel und dem oberen Ozean und die Auswirkungen auf das europaeische Klima

Das Projekt "Die Wechselwirkung zwischen dem Sturmguertel und dem oberen Ozean und die Auswirkungen auf das europaeische Klima" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie durchgeführt. General Information/Objectives: To improve the understanding of the nature of the N. Atlantic winter storm-track, the causes of its variability and the influence on European climate of this variability. Brief Description of the Research Project: The weather systems in the N. Atlantic tend to occur in a longitudinally extended region referred to as a storm-track. This storm-track exhibits significant variability from one year to another and from one decade to another. The weather and, in particular extremes in this weather, over Europe are very dependent on the storm-track. The prediction of storm-track behaviour is probably the greatest goal of seasonal prediction for the European region. Any changes in storm-track behaviour would be probably the most important anthropogenic climate change for Europe. The surface wind and net transfers of heat and water drive the N. Atlantic Ocean so that changes in the storm-track affect the ocean. Conversely it is thought that changes in the sea surface temperature influence the storm-track. In this project increased understanding of these processes and their predictability will be sought through a programme involving sophisticated diagnosis of data from observational analyses and of the output from a range of numerical models. The diagnostics will be designed to show the interannual modes of winter-time variability in the N. Atlantic/European region, and the relationship of the storm-track and European extreme weather to them. They will give evidence of the strength and nature of the influence of sea surface temperature on the atmospheric variability, and of the coupling between the atmosphere and ocean. The models used will range from simpler process-study atmospheric models, through intermediate complexity atmospheric GCMs to full atmospheric and coupled atmosphere-ocean GCMs. Prime Contractor: University of Reading, Department of Meteorology, Horticulture and Agriculture; Reading/UK.

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