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Modellvergleichende Analyse von CDR Methoden (CDR-MIA)

Das Projekt "Modellvergleichende Analyse von CDR Methoden (CDR-MIA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Die voranschreitenden, anthropogenen CO2-Emissionen verändern das Klima mit bedrohlichen, weit reichenden und irreversiblen Auswirkungen. Daher steigt das Interesse an sogenannten Carbon Dioxide Removal (CDR) Maßnahmen, um so zusätzlich zur Migration und Adaption, die Möglichkeit negativer Emissionen zu eröffnen. Die potenziellen positiven und negativen Auswirkungen durch CDR sind jedoch nicht ausreichend verstanden und quantifiziert. Das Hauptziel des Projektes ist die Analyse der Experimente aus der 1. Phase des Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Projects (CDR-MIP), um das Potenzial und die Risiken großskaliger CDR Methoden besser bewerten zu können. CDR-MIP ist eine neu gegründete Initiative, die eine Reihe von Erdsystemmodellen zusammenbringt, um CDR in einem einheitlichen Rahmen zu untersuchen. Die erste Projektphase, bestehend aus idealisierten Experimenten zu CO2 Entnahme aus der Atmosphäre, Aufforstung und Ozean-Alkalinisierung. Sie dient der Beantwortung folgender Kernfragen a) Reversibilität der Klimaänderung (z.B. zu heutige oder vorindustrielle CO2 Konzentration in der Atmosphäre) und b) potenzielle Wirksamkeit, Feedbacks, zeitlicher Rahmen und Nebenwirkungen unterschiedlicher CDR Maßnahmen. Die bisherige Arbeit diente der Entwicklung der Struktur des CDR-MIPs und weltweit haben sich einige Modellgruppen dazu bereit erklärt die entsprechenden Simulationen durchzuführen. Das Projekt beruht bislang auf freiwilliger Basis. Das macht eine schnelle Verarbeitung der Ergebnisse unwahrscheinlich. Folglich wird eine gezielte Förderung benötigt, um eine zeitnahe Analyse der Ergebnisse und deren öffentlichen Verbreitung zu gewährleisten. Die Analyseergebnisse sollen darüber hinaus die angenommenen Effektivität von CDR Technologien in den 'Integrated Assessment Model (IAM) - generierten Shared Socioeconomic Pathway (SSP) Szenarien informieren, welche die Forschung und Bewertung des Klimawandels unterstützen. Bislang werden bei in den IAM Simulation mit CDR keine Feedbacks des Kohlenstoffkreislaufes berücksichtigt. Eine Wissenslücke die wir schließen wollen. Wir schlagen vor die Ergebnisse aus CDR-MIP zu nutzen, um eine auf den Feedbacks im Kohlenstoffkreislaufes basierende Discount-Rate zu berechnen, die dann für die Kalibrierung der SSP Szenarien und erneuter Modellläufe in einem IAM genutzt werden kann. Zusätzlich werden neue Experimente erstellt und durchgeführt, um die Reaktion des Klimasystems auf die gleichzeitige Anwendung mehrerer CDR Methoden analysieren zu können. Die Kombination der Methoden basiert auf den gegebenen CDR-MIP Experimenten und beinhaltet z.B. eine Kombination von Aufforstung und der Ozean-Alkalinisierung. Anschließende Analysen ermöglichen den Vergleich der Wirksamkeit und Risiken kombinierter und einzelner CDR Methoden. Die Projektergebnisse würden eine umfassende Bewertung von CDR bieten, die allen Projekten innerhalb des SPP verfügbar gemacht und mit den Projektpartnern iterativ diskutiert werden.

Mesoskaliges Klimaexperiment Oberrheingraben

Das Projekt "Mesoskaliges Klimaexperiment Oberrheingraben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung durchgeführt.

Konsistente Zeitreihen von Ozeanmassenvariationen aus Messungen von LEO-Potentialfeldmissionen (CONTIM-2)

Das Projekt "Konsistente Zeitreihen von Ozeanmassenvariationen aus Messungen von LEO-Potentialfeldmissionen (CONTIM-2)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Fachbereich Klimawissenschaften durchgeführt. Neben der globale Temperatur ist der Meeresspiegel eine maßgebliche Kenngröße für das Klima der Erde und seinen Wandel. Ein Anstieg des Meeresspiegels hat vielfältige Folgen für die Gesellschaft. Deshalb streben wir eine datengestützte Analyse der verschiedenen Ursachen von Meeresspiegelschwankungen an, um so eine wichtige Grundlage für Wissenschaft und politische Entscheidungen zu liefern. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf Änderungen der Ozeanmasse, die direkt proportional zum Ozeanbodendruck ist.Räumliche Variationen des Ozeanbodendrucks, die auf Zeitskalen von Monaten bis Jahrzehnten auftreten, können sowohl aus windinduzierter Variabilität wie auch aus baroklinen Prozessen resultieren, ihr Entstehen ist aber bis heute nicht vollständig verstanden. Viele Prozesse im tiefen Ozean lassen sich aber nur erklären wenn nicht nur die Meeresoberflächenhöhe (aus Radarsatellitenmessungen) und die thermisch bedingte oder aus Salinitätsänderungen resultierende Variabilität der oberen Ozeanschichten (z.B. mit Hilfe von ARGO-Messungen) erfasst werden, sondern auch der Bodendruck. So kann eine Erwärmung des tiefen Ozeans, die in vielen Studien für eine Verlangsamung der globalen Erwärmung verantwortlich gemacht wird, nur erklärt werden wenn alle diese Elemente betrachtet werden. Die GRACE-Satellitenmission hat wesentliche neue Erkenntnisse zu ozeanischen Massenvariationen beigetragen, wird aber nur noch wenige Daten liefern. Basierend auf Ergebnissen der vorangegangenen Förderperiode, soll in CONTIM-2 Expertise zur präzisen Bahnbestimmung von SWARM, CHAMP und sonstige Erdsatelliten, zur Modellierung des zeitvariablen Schwerefeldes und zur gemeinsamen Inversion verschiedenartiger Daten, sowie zur physikalischen Modellierung der Ozeane kombiniert werden, um eine konsistente Zeitreihe von Ozeanmassenvariationen über den GRACE-Zeitraum hinaus zu erzeugen und einen Anschluss an die GRACE-FO Mission zu gewährleisten. Dabei wird die präzise Bahnbestimmung für niedrigfliegende Satelliten, insbesondere SWARM, mit Hilfe von GPS-Empfängern unter schwierigen ionosphärischen Bedingungen eine Rolle spielen. Damit wollen wir einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Ozeanvariabilität, Meeresspiegel und Erwärmung der Meere schaffen.

Validierung des phytotoxischen Ozonflusses in Nadeln und Blätter als Voraussetzung einer realitätsnahen, integrierten Risikobewertung für die Ökosystemleistungen von Wäldern, Weiterentwicklung der Risikobewertung naturnaher terrestrischer Ökosysteme in Deutschland

Das Projekt "Validierung des phytotoxischen Ozonflusses in Nadeln und Blätter als Voraussetzung einer realitätsnahen, integrierten Risikobewertung für die Ökosystemleistungen von Wäldern, Weiterentwicklung der Risikobewertung naturnaher terrestrischer Ökosysteme in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Department Ökologie, Lehrstuhl für Ökophysiologie der Pflanzen durchgeführt. Eine realitätsnahe Bewertung der Risiken für die Vegetation durch bodennahes Ozon kann nur erfolgen, indem man den Ozonfluss in die Pflanze bewertet. Dafür wurde in Arbeitsgruppen der Genfer Luftreinhaltekonvention (CLRTAP) die Methode zur Berechnung der Phytotoxischen OzonDosis (POD) entwickelt. Einige wichtige Datengrundlagen zur Anwendung des POD-Modells bei Wäldern sind noch unsicher. Das Projekt soll bestehende Wissenslücken schließen bzw. verringern. In Klimakammer-Experimenten bzw. Freiland-Messungen werden die bisher genutzten Dosis-Wirkungsfunktionen sowie ausgewählte Eingabeparameter für die Modellierung des Ozonflusses überprüft. Darüber hinaus werden Wechselwirkungen von Faktoren des globalen Wandels (Klimaveränderungen, erhöhte CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre) mit der Ozonbelastung untersucht.

Förderung des Nachhaltigkeitsbewusstseins durch partizipative, interaktive Klima-Experimente

Das Projekt "Förderung des Nachhaltigkeitsbewusstseins durch partizipative, interaktive Klima-Experimente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SCIARA GmbH durchgeführt.

Advanced Prediction in Polar regions and beyond: Modelling, observing system design and LInkages associated with ArctiC ClimATE change (APPLICATE)

Das Projekt "Advanced Prediction in Polar regions and beyond: Modelling, observing system design and LInkages associated with ArctiC ClimATE change (APPLICATE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Arctic climate change increases the need of a growing number of stakeholders for trustworthy weather and climate predictions, both within the Arctic and beyond. APPLICATE will address this challenge and develop enhanced predictive capacity by bringing together scientists from academia, research institutions and operational prediction centres, including experts in weather and climate prediction and forecast dissemination. APPLICATE will develop a comprehensive framework for observationally constraining and assessing weather and climate models using advanced metrics and diagnostics. This framework will be used to establish the performance of existing models and measure the progress made within the project. APPLICATE will make significant model improvements, focusing on aspects that are known to play pivotal roles in both weather and climate prediction, namely: the atmospheric boundary layer including clouds; sea ice; snow; atmosphere-sea ice-ocean coupling; and oceanic transports. In addition to model developments, APPLICATE will enhance predictive capacity by contributing to the design of the future Arctic observing system and through improved forecast initialization techniques. The impact of Arctic climate change on the weather and climate of the Northern Hemisphere through atmospheric and oceanic linkages will be determined by a comprehensive set of novel multi-model numerical experiments using both coupled and uncoupled ocean and atmosphere models. APPLICATE will develop strong user-engagement and dissemination activities, including pro-active engagement of end-users and the exploitation of modern methods for communication and dissemination. Knowledge-transfer will also benefit from the direct engagement of operational prediction centres in APPLICATE. The educational component of APPLICATE will be developed and implemented in collaboration with the Association of Early Career Polar Scientists (APECS).

EarthShape: Subproject 13 - Microbiological stabilization of the Earth s surface across a climate gradient - Phase I

Das Projekt "EarthShape: Subproject 13 - Microbiological stabilization of the Earth s surface across a climate gradient - Phase I" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Abteilung Bodenkunde und Geomorphologie durchgeführt. Most of Earth is covered by soils and sediments. In this upper layer processes of decomposition of organic matter and structure formation are mediated by microorganisms. In this context, MICSTAB asks how and to which extend microorganisms control the stabilization and formation of Earths surface. We hypothesize that the mechanisms of stabilization by microorganisms occur under all climate conditions but with varying intensity and different microbiological community structure in the presence of different types of vegetation providing energy to the microorganisms. Further, we assume that initial pedogenesis following soil erosion, i.e. structure formation differs in intensity and microbial community structure between erosional and depositional sites and that related process intensities are controlled by climate. To address these questions, we conduct research in three primary study areas along a climate gradient from north to south in Chile. In each area, typical topographic positions, such as (i) geomorphodynamic stable reference site on hill top with no erosion or deposition, (ii) eroded site at the upper slopes, and (iii) depositional site at toe slopes, will be used for an in-field rainfall simulation experiment and a laboratory soil structure simulation experiment. We use rainfall simulation under natural conditions to analyze the erosion resistance of the land surface as a self-regulatory process after hundreds to thousands of years of soil formation under equilibrium conditions. The soil structure simulation experiment applies wet/dry cycles to samples from all climate regions and topographic positions to highlight soil structure formation with and without microorganism as a crucial part of surface stabilization processes. Both experiments are designed to better understand i) how microbiological processes control soil structure formation and stabilize Earths surface, ii) how microbial-mediated soil structure formation is influenced by redistribution of solid material and iii) how microbial communities react to changes in soil erosionunder different climate conditions. High resolution imaging techniques such as epifluorescence microscopy, SEM-EDX, confocal laser scanning microscopy and NanoSIMS can help to understand better the interrelationship of microorganisms and soil structure formation. These cutting-edge technologies, combined with integrated stable isotope techniques (e.g stable isotope probing, SIP) and state-of-the-art molecular ecological, soil chemical analyses as well as modern techniques of soil erosion research, will serve to identify and understand microbial-mediated key processes of land surface stabilization.

Vorhaben: Klimamodellierung in Zentralasien während des Holozäns (Teilprojekt 1)

Das Projekt "Vorhaben: Klimamodellierung in Zentralasien während des Holozäns (Teilprojekt 1)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03 durchgeführt. Es ist geplant, Studien mit regionalen und globalen Klimamodellen für verschiedene Kipp-Punkte während des Holozäns durchzuführen. Das Ziel ist es, folgende Fragen zu beantworten: a) Sind diese Kipp-Punkte regional oder deuten sie auf eine globale Veränderung hin? b) Können sie in Klimamodell-Experimenten rekonstruiert werden? c) Kann man die Mechanismen identifizieren, die zu einem 'Kippen' geführt haben? Die Ensemble-Simulationen werden mit den innerhalb des Verbundprojektes gewonnenen Proxy-Daten, mit Daten, die im Rahmen von PMIP gewonnen wurden und Daten aus der Literatur verglichen. Die Modelldaten werden genutzt, um die Prozesse, die zu dem 'Kippen' führen, zu identifizieren. Die Analyse soll insbesondere bewerten, ob es sich um isolierte oder systematische metastabile Zustände des Klimasystems handelt. Paläo-Proxydaten identifizieren Kipp-Punkte um 500, 1600, 2700, 4400, 5500, 6300, 7200 und 8300 Jahre vor heute. Unter Anwendung der Ensemble-Methode werden diese Zeitabschnitte zunächst mit einem globalen Modell (ECHAM6) und dann für spezielle Regionen (Kirgistan, Indischer Monsun-Region, Ostasiatischer Monsun-Region) mit dem Regionalmodell COSMO-CLM simuliert. Die so erzeugten Daten werden mit den Proxy-Daten aus CAMEII, soweit möglich mit Daten anderer Modellierergruppen in CAME II, und mit Daten aus der Literatur verglichen. Die Modelldaten sind physikalisch konsistent. Sie werden analysiert, um Rückschlüsse auf die Prozesse, die zu diesen Kipp-Punkten führen, zu ziehen. Die Stabilität dieser Prozesse wird in Sensibilität-Experimenten mit den Klimamodellen überprüft, um verschiedene Phänomene, wie zum Beispiel die Fernverbindung zwischen dem asiatischen Monsun und dem nordatlantischen Klima zu analysieren. Schwerpunkte der Auswertung liegen dabei auf der Verbindung NAO-Monsun, ENSO-Monsun sowie dem Zusammenhang des Monsuns mit dem Mäandern des Strahlstroms über Zentralasien.

Teilprojekt 3: Modellierung der atmosphärischen Methansenke innerhalb MPI-ESM und CLIMBER

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.

Vorhaben: Projektmanagement, Aufbau eines wissenschaftlichen Auswertesystems und Aufbau eines GRACE-FO Projektbüros

Das Projekt "Vorhaben: Projektmanagement, Aufbau eines wissenschaftlichen Auswertesystems und Aufbau eines GRACE-FO Projektbüros" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Das Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Realisierung der deutschen Beiträge zur deutsch-amerikanischen GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) Follow-on (GRACE-FO) Mission unter der Gesamtführung durch das GFZ mit Unterstützung durch das AEI. Die in einem Letter of Intent (LOI) am 25.10.2011 vom BMBF gegenüber NASA zugesagten Beiträge umfassen die Vorbereitung des wissenschaftlichen Prozessierungssytems bis zum Start, die Entwicklung eines experimentellen Laser Ranging Instruments (LRI) mit wesentlichen Beiträgen von NASA, die Bereitstellung der Startrakete, und den Missionsbetrieb. Das Gesamtmanagement der deutschen Projektanteile und die Realisierung des Missionsbetriebs der GRACE-FO Mission werden vollständig aus Eigenbeiträgen des GFZ finanziert und unter GFZ-Führung realisiert. Der Missionsbetrieb ist daher nicht Bestandteil dieses Antrags. Das Design und Management des LRI soll eigenverantwortlich vom AEI durchgeführt werden. Der Bau der LRI-Flughardware soll durch die KMU SpaceTech realisiert werden. Das GFZ wird zudem die Startrakete beschaffen und das wissenschaftliche Prozessierungssystem aufbauen. Zusätzlich beteiligt sich DLR F&E mit 5 MEUR 'in kind' Beiträgen an der Realisierung des LRI.

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