Das Projekt "Greenland glacial system and future sea-level rise (GREEN RISE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. The Greenland glacial system (GGS) consists of the ice sheet, the outlet glacier system, fjords into which most of the outlet glaciers terminate, the sub- and englacial hydrological system and the surface snow pack. Understanding the dynamics of the GGS, and being able to model these realistically, is an issue of great importance due to the potential of the Greenland Ice Sheet (GIS) to contribute significantly to future sea level rise. The GIS contains enough ice to raise global sea level by 7 m. Observational data suggest that during the past decade mass losses of the GIS significantly accelerated. The GIS contribution to sea level rise may become even more important in the future, yet sea level rise projections remain rather uncertain due to poor understanding of the ice sheet dynamics, in particular the role of fast processes associated with the ice streams, outlet glaciers, and their interaction with the ocean. Achieving progress in modelling of the entire GGS is thus crucial to improving future sea level rise projections. In the past decade considerable progress has been made in the development of models of individual elements of the GGS, such as regional climate models and 3-D ice sheet models. However, a comprehensive model of the entire GGS system does not yet exist. Coupling of state-of-the-art models for all relevant components of the GGS is eventually desirable, but currently computationally too expensive and therefore impractical. Here, we propose an alternative approach based on the use of intermediate complexity modelling components. Such an approach will allow us to design a computationally-efficient modelling tool suitable for performing a large ensemble of simulations of the GGS response to climate change, thus contributing significantly to the assessment of the risk of future sea-level rise. The principal project objective is to gain a better understanding of the GIS response to future climate change and to improve the accuracy of the projections of its contribution to global sea level rise for time scales from decades to millennia. In summary:- We will develop a novel generic 1-D outlet glacier-fjord model and will couple it with an existing 3-D thermo-mechanical ice-sheet model and a regional climate model of intermediate complexity. - With this new tool, we will study the role of fast processes (ice streams and outlet glaciers) and the ice sheet-ocean interaction for the GIS response to climate change on different time scales. - We will analyse the major sources of uncertainties in the GIS response to climate change and how to use available observational and paleoclimatic constraints to reduce these uncertainties.- We will perform large ensembles of model simulations covering a broad range of plausible GHG emission/climate change scenarios to assess the contribution of the GIS to future sea level rise, with an emphasis on constraining the upper bound and the possibility of irreversible changes.
Das Projekt "Constraining future Antarctic ice loss with the coupled ice-ocean model PISM-FESOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Sea-level rise constitutes one of the major impacts of anthropogenic climate change. Mean sea-level has been rising with a rate of about 3 mm/yr since the beginning of the 1990s, dominated by ocean warming and the loss of mountain glaciers. The largest future contribution is however expected from mass loss of the large ice sheets on Greenland and Antarctica. The dynamic response of the Antarctic ice sheet to a warming climate is not well understood and therefore poses the largest uncertainty in future sea-level projections. In 2013 the IPCC acknowledged that a dependency of ice loss on future warming cannot be inferred due to a lack of understanding of the relevant processes and assessed a likely contribution of less than 20cm in the 21st century. New modeling results now indicate a risk of more than one meter sea level contribution from Antarctica under strong warming within the 21st century. Such contribution would dominate over other processes like thermal expansion, glacier melt and Greenland ice loss. The new projections leave sea-level impact scientists and coastal planners in a limbo as such upward-corrected projections would require massive changes in adaptation planning. Though the new projections are supported by the sensitivity of several meters per degree of warming inferred from records of past sea levels, the timescale of the contribution is difficult to infer from these records. Reconstructed sea-level histories suggest that fast changes occurred in the past in terms of 'melt-water pulses' with several meters of sea-level rise within a few hundred years. High rates of ice loss from Antarctica need to be sustained by an ocean circulation that is capable of providing the heat to melt the ice or transport icebergs towards warmer waters where they melt. Without thorough constraints on the ocean heat flux through energy conservation in the ice-ocean system, very high rates of ice loss remain therefore debatable. Only a coupled ice-ocean model will make it possible to provide such constraints and therewith reduce the uncertainty in future Antarctic ice loss. While the understanding of ocean and ice-sheet physics individually has matured, their interplay at the ice-ocean interface is still insufficiently understood. We therefore here propose to develop such a coupled model from well-established stand-alone models for the ice sheet and for the ocean.
Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Die Zukunft des 79 Grad N Gletschers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Vor dem Hintergrund der beobachteten Eisdickenabnahme des 79 Grad N-Gletschers (79NG) widmet sich dieses Vorhaben speziell der Frage, ob das gekoppelte System aus Eisschild, Schelfeis und Ozean in dieser Region in den kommenden Jahrzehnten auf einen Zerfall der schwimmenden Gletscherzunge zusteuert. Die Arbeit in diesem Vorhaben konzentriert sich daher auf das Zusammenspiel zwischen der Kryosphäre und dem Ozean direkt am 79NG und dem benachbarten Zachariae Isstrom (ZI) mit dem Ziel, diejenigen Prozesse zu verstehen, die zu einem Zerfall dieser und anderer schwimmender Gletscherzungen (z.B. auch des Jakobshavn Isbrae) führen können. In diesem Zusammenhang wird außerdem der zukünftige Beitrag des Nordostgrönländischen Eisstroms zum Anstieg des globalen Meeresspiegels untersucht und abgeschätzt. Um diese Ziele zu erreichen, steht die erstmalige Entwicklung und Verwendung eines vollständig gekoppelten Eisschild-Schelfeis-Ozean-Modells für die Region um den 79NG methodisch im Zentrum. Daraus erhoffen wir uns, zu einer Synthese aller in GROCE bislang gewonnenen Erkenntnisse zu gelangen, die schließlich in einer geschlossenen, in sich konsistenten Beschreibung des Systems gipfelt. Wir erwarten, dass die damit einhergehenden, verbesserten Projektionen der zu erwartenden Klima- und Meeresspiegelveränderungen zu einer wichtigen Informationsquelle von Entscheidungswissen für Politik, Verwaltung und Wirtschaft werden. Innerhalb des Future79NG ist außerdem die wissenschaftliche Koordination der neun verschiedenen Teilprojekte des GROCE-2 Verbundes angesiedelt, mit dem Ziel, die exzellente Expertise deutscher Forschungseinrichtungen in den Bereichen Ozeanographie, Glaziologie, Geodäsie und Atmosphärenphysik die Zusammenarbeit zu steuern und die Zusammenarbeit der Partner innerhalb des Verbunds zu organisieren und zu optimieren, sowie deren gesellschaftlich höchst relevanten Erkenntnisse an die breite Öffentlichkeit zu kommunizieren.
Das Projekt "Ozeanischer Einfluss auf den grönländischen 79°N Gletscher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Fachbereich Klimawissenschaften, Sektion Physikalische Ozeanographie der Polarmeere durchgeführt. Die Wechselwirkung zwischen der Kryosphäre und dem Ozean bildet eine der Hauptursachen für lokale und globale Veränderungen des Meeresspiegels. Das Schmelzen des grönländischen Eisschildes trägt derzeit zu rund einem Drittel zum globalen Meeresspiegelanstieg bei, und der Massenverlust des Eisschildes und damit der Transport von Eis aus dem Eisschild in den Ozean beschleunigen sich weiter. Bis vor kurzem schien es, als sei die Beschleunigung der abfließenden Eisströme auf Grönlands Westküste und die Fjorde im Südosten beschränkt, während die Gletscher im Nordosten als weitgehend stabil galten. Einer dieser scheinbar stabilen Gletscher ist der Nioghalvfjerdsbrae oder 79°Nord Gletscher, der größere zweier Gletscher, die aus dem nordostgrönländischen Eisstrom gespeist werden und direkt ins Meer münden. Wegen der Existenz einer Kaverne unter der schwimmenden Eiszunge analog zu den Schelfeisen der Antarktis ist der 79°Nord Gletscher für Studien der Eis Ozean Wechselwirkung sehr interessant, besonders da das Einzugsgebiet des nordostgrönländischen Eisstroms mehr als 15% der Fläche des grönländischen Eisschildes erfasst. Aktuelle Studien weist nun auf eine Beschleunigung des Eisstromes und eine Abnahme der Eisdicke entlang der Küste von Nordostgrönland hin. Gleichzeitig wurde eine Erwärmung und eine Zunahme des Volumens des Atlantikwassers in der Ostgrönlandsee und der Framstraße beobachtet. Unser Projekt hat zum Ziel, (1) die Mechanismen zu verstehen, mit denen der Ozean Wärme aus der Framstraße und vom Kontinentalhang Nordostgrönlands in die Kaverne unter dem schwimmenden 79°N Gletscher transportiert, (2) die Rolle externer Variabilität relativ zu Prozessen innerhalb der Kaverne hinsichtlich ihres Einflusses auf das Schmelzen an der Eisunterseite zu untersuchen und (3) die wichtigsten Sensitivitäten innerhalb dieses gekoppelten Systems aus Eis und Ozean zu identifizieren. Wir verfolgen dieses Ziel durch eine Kombination von gezielter Beobachtung und innovativer hochauflösender Modellierung. Im Rahmen zweier Forschungsreisen mit dem Eisbrecher FS Polarstern werden Strömungsgeschwindigkeiten, Hydrographie und Mikrostruktur sowohl mit gefierten als auch mit verankerten Instrumenten gemessen. Diese Beobachtungen werden durch den Einsatz eines autonomen Unterwasserfahrzeugs ergänzt. Zur Modellierung nutzen wir das Finite Element Sea ice Ocean Model (FESOM), das um eine Schelfeiskomponente erweitert wurde und in einer Konfiguration betrieben wird, die mit hoher Auflösung die kleinskaligen Prozesse auf dem Kontinentalschelf vor Nordostgrönland und in der Kaverne unter dem 79°N Gletscher in einem globalen Kontext wiedergibt. Zusammen mit den Beiträgen unserer Kooperationspartner aus der Glaziologie und der Tracerozeanographie entwickelt sich aus der Synthese dieser beiden Komponenten ein detailliertes Bild der Prozesse auf dem Kontinentalschelf Nordostgrönlands, einer Schlüsselregion für zukünftige Veränderungen des globalen Meeresspiegels.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Verbesserung der Kopplungsstrategien S3 und S4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Eine zeitlich veränderliche Topographie und Landseemaske soll in MPI-ESM implementiert werden. Dies betrifft die Landoberfläche (Landabfluss und Boden/Vegetation) und den Ozean. Im Zuge der Umwandlung von Land zu Ozean (und umgekehrt) müssen Energie-, Massen- und Tracererhaltung garantiert sein. Die Arbeit wird für die beiden Teilmodelle MPI-OM und JSBACH separat aber in enger Kooperation durchgeführt. Im Ozeanmodell MPI-OM soll zuerst die Fähigkeit, selbsttätig die Tiefe in Abhängigkeit vom errechneten Meeresspiegel anzupassen, eingebaut werden. Weiter wird die Fähigkeit benötigt, neue Punkte fluten bzw. trockenfallen zu lassen, d.h. eine zeitabhängige Landseemaske. Darauffolgend wird die Berechnung der Landseemaske/Ozeantopographie automatisiert, die bisher in aufwändiger Handarbeit erzeugt wird, um keine isolierten Meeresbecken entstehen zu lassen und alle wichtigen Meerespassagen adäquat zu repräsentieren. Diese Schritte sind auch Voraussetzung, um das Modell mit dem Modell der festen Erde VILMA koppeln zu können. Im Bereich des hydrologischen Abflussmodells (HD-Modell) muss die Berechnung des Flussnetzwerks in Abhängigkeit von zeitlich veränderlicher Orographie und Landseemaske automatisiert werden, die bisher manuell abläuft. Außerdem soll ein Algorithmus zur Bildung und Austrocknung von periglazialen Seen, die während des Abschmelzvorgangs zeitweise entstehen können, entwickelt werden. Im Landoberflächenmodul JSBACH wird das Runoff-Infiltrations-Schema adjustiert, und die Fähigkeit, mit zeitabhängigen Landseemasken umzugehen, implementiert. Dazu sind die Schließungen der Bilanzen für Wasser, Energie, Kohlenstoff, Vegetation und Nährstoffe erforderlich.
Das Projekt "The last deglacial sea-level and climatic changes. Coral Reef records in the south Pacific: Tahiti (French Polynesia) - IODP Expedition ; 310 -, Australian Great Barrier Reef - IODP Proposal ; 519: Potential of diagenetically altered corals for sub-seasonal climate reconstructions" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 1: Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Forschungseinheit Paläo-Ozeanographie durchgeführt. The timing and course of the last deglaclation (23.000-6.000 calendar years BP - cal. yr BP) are essential components for understanding the dynamics of large Ice sheets and their effects on Earth's isostasy as well as the complex relationship between freshwater fluxes to the ocean, thermohaline circulation and, hence, global climate during the Late Pleistocene and the Holocene. This proposal Is related to the IODP proposal 519 concerning the coral reef records of Tahiti and the Australian Great Barrier Reef to establish the course of sea-level rise, climate variability and reef response during the last deglaciatton. It includes: 1) the study of more than 600 m of reef cores with an exceptional recovery that were retrieved from 37 holes ranging from 40 to 120 m water depth around Tahiti during the IODP Expedition 0310 'Tahiti Sea Level'. Distinctive levels of relict reefs covering most, if not all, the last deglaciation were drilled and therefore confirmed the significance of these features as unique archives of abrupt global sea-level rise and climate change. 2) Complimentary investigations of the Tahiti reef slopes, and 3) a site survey cruise on the Great Barrier Reef to generate high resolution bathymetric and seismic data that will be used to select suitable targets for an IODP drilling expedition corresponding to the part 2 of the IODP drilling proposal 519. The general scientific objectives of this proposal are threefold a. To establish the course of post-glacial sea-level rise during the Last Deglaclation. b. To define SSTs and SSSs variations during the Last Deglaciation when solar insolation, sea level, and atmospheric CO2 levels were different from today. c. To analyze the impact of sea-level and environmental changes on reef development during the Last Deglaciation, with a special emphasis on the comprehensive reconstruction of environmental changes.
Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Basales Schmelzen und Dynamik des 79°N Gletschers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Der Verbund GROCE will im Rahmen der globalen Klimaforschung durch einen interdisziplinären Ansatz und der gezielten Kombination von in situ-Beobachtungen, Fernerkundung und Modellierung einen Beitrag zum Verständnis der Wechselwirkungsprozesse zwischen Ozean, grönländischem Eisschild leisten. Die Massenbilanz des grönländischen Eisschildes und dessen Beitrag zum Meeresspiegel, sowie die sich daraus ergebenden Folgen für die Ozeanzirkulation ist nach wie vor eine der wichtigsten und aktuellsten Fragestellungen in der Diskussion um mögliche Auswirkungen des Klimawandels. Die sehr starke Interdisziplinarität des Vorhabens unterstreicht die Komplexität des Systems von Ursachen, Wechselwirkungen und Folgen.
Das Projekt "Subproject: Comparative analysis of the Late Cretaceous to Recent post-breakup basin evolution of the South-American and S-African margin of the southern Atlantic" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe für Geowissenschaften und Geographie, Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie und Geologisches Institut durchgeführt. This project focuses on a regional comparison between the post-breakup tectonic and stratigraphic record archived in the Pelotas and Santos basins offshore southern Brazil and the post-breakup continental margin successions of offshore Namibia and southern Angola. Tectonic-stratigraphic analysis of selected, representative 2D seismic transects both south and north of the Florianopolis - Walvis Ridge volcanic complex will provide a comprehensive basin-to-basin documentation of the key factors controlling the post-breakup offshore margin development including the margin configuration, subsidence development through time, sediment influx and storage patterns, type of basin fill (e.g. salt vs. non-salt systems; carbonate-rich vs. clastics-dominated systems) and sea-level fluctuations. Combined tectonic-stratigraphic backstripping will be used to integrate, quantify and weigh the influence of the above factors on the margin development at the different study sites.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Kopplungseffekte und Validierung mit Hilfe von Meeresspiegel-Proxies bzgl. struktureller Variationen der festen Erde für die Implementierung in ein ESM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. In diesem Teilprojekt sollen qualitative wie quantitative Aspekte der festen Erde in einem ESM untersucht werden. Der Fokus liegt dabei auf sich aus der Kopplung mit anderen Modellkomponenten ergebenden Effekten, der Validierung mit Hilfe von Meeresspiegelproxies und der Vorhersage von Meeresspiegelvariationen. Dies ist erforderlich, um abschätzen zu können, inwieweit rheologische Aspekte, beispielsweise 3D-Struktur oder Nichtlinearitäten im mechanischen Verhalten der Lithosphäre und des oberen Mantels, im verwendeten Erdmodell berücksichtigt werden müssen. Fördermittel werden beantragt, da Eigenmittel nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen. Der Doktorand soll mit Hilfe des vorhandenen VILMA Codes die viskoelastische Reaktion von räumlich hoch aufgelösten komplexen Erdmodellen untersuchen, die durch Eis- und Ozeanlasten hervorgerufen werden (Task 6). Untersucht werden dabei geodynamische Randbedingungen und der Einfluss auf die Vorhersage von Deformationen und Meeresspiegelschwankungen. Diese Ergebnisse unterstützen die Analysen in PalMod-1-1-TP3 (MS 7, 9) sowie TP1 (D4). Der Hauptfokus wird auf der Entwicklung geeigneter Parametrisierungen und der Implementierung stastistischer Modelle liegen (D7), die helfen, VILMA für die angestrebten langen transienten Simulationen zu optimieren und die verbleibenden Unsicherheiten in der Vorhersage der Deformationsantwort abzuschätzen (MS 10, D 10).
Das Projekt "Das Meerwasser 234U/238U-Verhältnis in der Vergangenheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Das Isotopenverhältnis von 234U/238U im Meerwasser wird häufig als nahezu konstant und im stationären Zustand betrachtet, da U ein salzähnliches Element ist. Dunk und Co-Autoren (Chemical Geology, 2000) haben gezeigt, dass der U Kreislauf noch viele Unsicherheiten birgt, und klimainduzierte Veränderungen der Meerwasser U Isotopie wahrscheinlich sind. Einflussgrößen sind die Frischwasser Zuflüsse und ihre U-Isotopie, Meeresspiegelschwankungen durch Änderungen der Redox Verhältnisse in Mangroven Wäldern, oder Änderungen des relativen Verhältnisses von physikalischer und chemischer kontinentaler Verwitterung von Gesteinen. Auch die Ozeanische Senke könnte sich aufgrund der Redox-Sensitivität von U verändern. Punktuelle Datensätze (sowie die in diesem Antrag zusammengestellte Zeitreihe) zeigen eine kleine aber gut sichtbare Isotopieänderung am Ende der letzten Eiszeit vor ca. 20000 Jahren. Auf Grund der hohen Messunsicherheiten der vorliegenden Daten und des Fehlens einer nahezu kontinuierlichen Aufzeichnung ist es extrem schwierig die Veränderungen in Bezug auf klimagesteuerte Prozesse richtig zu interpretieren oder gar zu modellieren. Ferner wird das 234U/238U Isotopenverhältnis häufig als Qualitätsmerkmal der U-Reihen Datierung verwendet und eine bessere Kenntnis der zeitlichen Entwicklung würde Rekonstruktionen von Meeresspiegeln oder die Kalibration mariner Radiokohlenstoff-Alter maßgeblich verbessern. Daher wäre eine zeitlich gut aufgelöste und hochpräzise Zeitreihe der Meerwasser 234U/238U-Verhältnis ein wichtiger Beitrag zum Verständnis des marinen U Kreislaufes und von Klimaveränderungen. Das vorliegende Projekt soll anhand einzigartiger Tiefseekorallenarchive, die nahezu kontinuierlich 400000 Jahre überspannen, und mittels hochpräziser Massenspektrometrischer Methoden (MC-ICPMS) eine einzigartige Referenz - Zeitreihe erstellen und diese in Bezug auf Klimainduzierte Veränderungen des marinen U-Kreislaufs auswerten.
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| Bund | 88 |
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