Extremwetterereignisse im Klimawandel
Wie wäre die sommerliche Hitzewelle in Deutschland 2019 verlaufen, wenn sie in einem kühleren Klima ohne menschlichen Einfluss stattgefunden hätte? Wäre der Dauerregen des vergangenen Jahreswechsels, der zur Überflutung weiter Gebiete in Norddeutschland führte, ohne Klimawandel weniger ergiebig ausgefallen? Wie würden sich diese und andere Extremwetterlagen in einer global 4 °C wärmeren Welt entfalten? Das AWI und das KIT simulieren am DKRZ im Rahmen des Projekts SCENIC, wie sich beobachtete Extremwetterereignisse mit dem Klimawandel ändern.
Klimasimulationen mit Kilometer-Auflösung
Die Zukunft der Klimamodellierung hat schon begonnen: Am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) ist es zum ersten Mal weltweit gelungen, eine Simulation mit einem vollständig gekoppelten globalen Atmosphären-Ozean-Modell mit horizontalen Auflösungen von etwa 1 km auf Levante durchzuführen.
Levante - neuer Supercomputer für die Erdsystemforschung
Levante, das neue, vierte Hochleistungsrechnersystem für die Erdsystemforschung (HLRE-4) hat am 3. März 2022 in der ersten Ausbaustufe seinen Betrieb am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) aufgenommen. Der Supercomputer, der wie sein Vorgänger “Mistral” von der Firma Atos bereitgestellt wird, vervierfacht mit 14 PetaFLOPS die Rechenleistung am DKRZ.
Physik-Nobelpreis für Prof. Klaus Hasselmann – ein Blick zurück in die Zukunft
Zu einigen der Arbeiten, für die Prof. Hasselmann den Physik-Nobelpreis 2021 erhalten hat, hat das DKRZ in bereits den 1990er Jahren Wissenschaftsvideos produziert, um die Ergebnisse an die Öffentlichkeit zu kommunizieren. Lassen Sie uns gemeinsam einen Blick zurück werfen - auf die Zukunftsvorhersagen der Vergangenheit!
Das Ergrünen der Erde scheint sich zu verlangsamen
Satellitenbeobachtungen der Landoberfläche seit den frühen 1980er Jahren zeigen, dass die Fläche der grünen, lebenden Pflanzenblätter in den Ökosystemen in den letzten Jahrzehnten im Mittel stetig zugenommen hat. Die Blattfläche wird im so genannten „Blattflächenindex“ beschrieben, der die Blattfläche pro Grundfläche (in m² pro m²) angibt. Satellitensensoren ermitteln diese Größe anhand der Reflexionseigenschaften der Landoberfläche: Wenn die Menge der von der Landoberfläche reflektierten Sonnenstrahlung im „photosynthetisch aktiven“ Teil des Spektrums stetig abnimmt, bedeutet dies, dass die Pflanzen mehr Sonnenenergie absorbieren. Daraus lässt sich ableiten, wie viel photosynthetisch aktive Fläche, d.h. grüne Blattfläche, hinzugekommen sein muss, um die erhöhte Strahlungsaufnahme zu erklären.
Jetzt online: Informationen zu den CMIP6-Klimasimulationen für den sechsten Weltklimabericht
Das DKRZ ist in vielerlei Hinsicht an den Szenarienrechnungen beteiligt, die in den letzten Jahren in Deutschland im Rahmen des Modellvergleichsprojekts CMIP6 und im Hinblick auf den sechsten Sachstandsberichts AR6 des Weltklimarats IPCC durchgeführt wurden. Informationen zu den verwendeten Modellen und Klimaszenarien, zum Rechenaufwand, Zugriff auf die Ergebnisdaten sowie zahlreiche Visualisierungen der Modellergebnisse wurden nun auf der DKRZ-Webseite veröffentlicht.
AIM – Machine Learning in der Erdsystemforschung
Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die Initiative Helmholtz AI für Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) (Helmholtz AI Coorperation Unit) gegründet, die anwendungsorientiert neue Methoden zur Analyse komplexer Systeme in den Bereichen Energie, Materie, Information, Verkehr, Klima und Gesundheit entwickeln, implementieren und etablieren soll. Helmholtz AI besteht aus einer zentralen Einheit am Helmholtz-Zentrum München (HMGU) sowie fünf lokalen forschungsspezifischen Einheiten in weiteren Helmholtz-Zentren. Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) und das DKRZ sind mit der Einheit AIM („Artificial Intelligence innovates Earth System Analytics and Modelling“) für den Themenbereich Erde und Umwelt beteiligt, welche aus einer Nachwuchsforschungsgruppe am HZG unter Leitung von Dr. David Greenberg und einem Unterstützungsteam am DKRZ unter Leitung von Dr. Tobias Weigel besteht.
Vom letzten Interglazial zum Anthropozän: Modellierung des kompletten letzten Eiszeitzyklus
Die vom BMBF geförderte PalMod-Initiative zielt darauf ab, den gesamten letzten Glazialzyklus, von vor 130.000 Jahren beginnend bis zur Gegenwart, mit drei verschiedenen Erdsystemmodellen (ESMs) zu simulieren, und diese Simulationen dann noch um mindestens 2.000 Jahre weiter in die Zukunft zu verlängern.
Die Sturmflut im März 1906
Rekonstruktion einer historischen Sturmflut im März 1906, die sich bis heute auf den Küstenschutz auswirkt
Neues Klimamodell für den Weltklimarat
Wie stark könnte sich die Erde in den kommenden Jahrzehnten durch den Klimawandel aufheizen? Wie würde sich dadurch unsere Welt verändern? Diese Fragen gehören zu den wohl drängendsten unserer Zeit. Weltweit versuchen Forscherinnen und Forscher mit Klimarechenmodellen Antworten darauf zu finden. Doch das Klima der Erde ist ausgesprochen komplex, und dessen Modellierung auf Supercomputern schwierig. Jedes Klimamodell hat seine Stärken und Schwächen. Um mögliche Entwicklungen des künftigen Klimas besser abschätzen zu können, werden deshalb weltweit die Ergebnisse vieler verschiedener Klimamodelle miteinander verglichen und gemeinsam ausgewertet. So wird deutlich, welcher Klimatrend am wahrscheinlichsten ist und mit welchen Unsicherheiten die Projektionen behaftet sind.
Das MECO(n)-Modellsystem: Die Verbindung von globalem Klima und regionaler Luftqualität
Anthropogene und natürliche Emissionen diverser Spurengase wie beispielsweise Stickoxide, leicht-flüchtige Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder aber auch Partikelemissionen, beeinflussen sowohl die Luftqualität als auch das Klima. Die Spurenstoffe sind dabei nicht unbedingt direkt klimawirksam, dienen jedoch teilweise als Vorläufersubstanzen z.B. für die Bildung von troposphärischem Ozon, welches wiederum strahlungswirksam ist.
Regionale Klimaprojektionen für Europa
Der globale Klimawandel hat ganz unterschiedliche regionale Auswirkungen, die heute bereits spürbar sind. Die Menschheit muss sich an den (nicht mehr vermeidbaren) Klimawandel anpassen müssen. Hierfür werden hochaufgelöste Informationen zum regionalen Klimawandel benötigt. Das Climate Service Center Germany (GERICS) ist an der Entwicklung unterschiedlicher Modelle und Methoden beteiligt, diese Daten auf Basis regionaler Klimasimulationen bereitstellen zu können. Die Ergebnisse werden am Deutschen Klimarechenzentrum DKRZ über das ESGF (esgf-data.dkrz.de) zum Download bereitgestellt. Animierte Visualisierungen der wichtigsten Klimaparameter, die in Zusammenarbeit von DKRZ und GERICS produziert wurden, zeigen die Bandbreite möglicher Klimaänderungen in Europa.
Wie wird der nächste Winter?
Mit einer ganz neuen Methode kann die Qualität der saisonalen Vorhersagen für den Winter in vielen Teilen Europas deutlich erhöht werden. Bisher konnten vor allem für die Tropen brauchbare Vorhersagen gemacht werden. Ein Team um Dr. Mikhail Dobrynin und Prof. Dr. Johanna Baehr vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg veröffentlichte die Ergebnisse im Fachblatt Geophysical Research Letters.
Projekt Retrograde — wenn sich die Erde rückwärts drehen würde
Die Rotation der Erde prägt unser Klimasystem auf unterschiedliche Art und Weise: Sie steuert die Hauptwindrichtungen, beeinflusst die Wettersysteme und erzeugt zusammen mit der Topografie starke Meeresströmungen. Viele weitere Merkmale des Klimasystems, wie die Monsunsysteme und die Meridionale Umwälzbewegung im Ozean, entstehen durch komplexe Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems, deren Abhängigkeit von der Topografie schwer zu bestimmen ist. Um besser zu verstehen, welche Auswirkungen Topografie und Erdrotation auf das Klima haben, haben Wissenschaftler Simulationen mit dem Erdsystemmodell des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-ESM) durchgeführt und analysiert, bei denen die Rotation der Erde umgekehrt wurde.
Simulation warmer Klimazustände der Vergangenheit: Die Auflösung ist wichtig
Mit dem Ziel der genaueren Simulation physikalischer Prozesse auf der lokalen Skala werden zunehmend Modelle mit erhöhter Gitterauflösung entwickelt. Niedrigauflösende Modellresultate werden durch höher aufgelöste Simulationen ergänzt, die nun auch in Modellvergleichsuntersuchungen wie dem Paleoclimate Modeling Intercomparison Projekt, kurz: PMIP, (z.B. Braconnot et al., 2012) Einzug finden. Die Abhängigkeit der regionalen und globalen Klimadynamik von der Gitterauflösung ist daher bei numerischen Simulationen von besonderem Interesse.
Zwei Petabyte Daten für die Klimaforschung: Das Konsortialprojekt ESCiMo
Ein tiefgreifendes Verständnis der Prozesse, die zum Klimawandel beitragen, ist eine wichtige Voraussetzung, um nachhaltige Zukunftsstrategien zu entwickeln. Atmosphärenforscher liefern hierzu mit den erfolgreich abgeschlossenen, umfangreichen Simulationen mit dem globalen Klima-Chemie-Modell EMAC (ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry; Jöckel et al., 2016) einen wichtigen Beitrag. Für den Zeitraum 1950-2100 wurden auf dem Supercomputer des DKRZ sowohl die historische Entwicklung der Atmosphäre einschließlich der chemischen Prozesse als auch Projektionen zur zukünftigen Entwicklung gerechnet. Die Klimadaten aus den Modellsimulationen umfassen mehr als zwei Petabyte und werden der internationalen Klimaforschung zur Verfügung gestellt.
Der Einfluss von Luftverschmutzung auf die menschliche Gesundheit
Jedes Jahr sterben weltweit 3,3 Millionen Menschen vorzeitig an den Folgen von Luftverschmutzung. Diese Zahl könnte sich bis 2050 verdoppeln, wenn die Emissionen ähnlich stark ansteigen wie bisher. Allerdings sind in jüngster Vergangenheit starke Anstrengungen unternommen worden, um die Luftverschmutzung über Europa und den USA durch strenge Richtlinien zu reduzieren. Das Projekt soll die Wichtigkeit der weltweiten Luftqualität im Hinblick auf die menschliche Gesundheit einzuschätzen helfen.
Globale hoch aufgelöste Klimarekonstruktion
Um Extremereignisse im Klimasystem wie beispielsweise Stürme untersuchen zu können, werden lange und homogene Zeitreihen von Wetterdaten benötigt. Eine neue, globale Simulation mit dem Klimamodell ECHAM6 liefert zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Daten der vergangenen Jahrzehnte.
HD(CP)² - Wolken und Niederschlag im Klimasystem
Die Frage, inwieweit Klimaveränderungen vom Menschen gemacht sind, wird in der Öffentlichkeit schon seit langem diskutiert. Um dies genauer beurteilen und künftige Folgen zuverlässiger abschätzen zu können, ist es notwendig, die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse detaillierter zu verstehen. Einen wichtigen Baustein im Klimageschehen stellen diejenigen Abläufe dar, die mit der Wolkenbildung und der Niederschlagsentwicklung zusammen hängen. So bestimmen globale und regionale Wolken- und Niederschlagsverteilungen, welche Gegenden bewohnbar sind und welche nicht, und wo Agrarwirtschaft erfolgreich sein kann und wo nicht. Das BMBF-Projekt „Wolken und Niederschlag im Klimasystem HD(CP)²“ hakt genau hier ein und verfolgt das Ziel, bestehende Wissenslücken im Verständnis der physikalischen Prozesse von Wolken und Niederschlag zu schließen.
MiKlip - bringt Forschung zu mittelfristigen Klimaprognosen vorwärts
MiKlip (kurz für: Mittelfristige Klimaprognosen) ist ein vom Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF) gefördertes Projekt, in dem die Vorhersagbarkeit natürlicher und menschengemachter Klimaschwankungen auf einer Zeitskala von bis zu 10 Jahren erforscht wird mit dem Ziel, ein operationelles System für solche mittelfristigen Vorhersagen zu entwickeln. Das Projekt wurde zunächst für vier Jahre gefördert; nun ist eine zweite Phase für weitere drei Jahre Forschung bewilligt worden, sowie ein weiteres Jahr für die operationelle Implementierung.
REACT4C - Klimaoptimierung von Flugrouten
Die Luftfahrt ist von großer Bedeutung für die internationale Mobilität, jedoch beeinflusst sie die Zusammensetzung der Atmosphäre und trägt dadurch zum Klimawandel bei.
WASCAL - Regionale Klimasimulationen für Westafrika
Die globalen Klimaveränderungen sind auch auf regionalen Skalen deutlich spürbar und stellen in Westafrika eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Die dortigen Staaten müssen effektive Anpassungs- und Vermeidungsstrategien entwickeln, um den negativen Auswirkungen der Landnutzungsveränderungen und des Klimawandels auf Bevölkerung und Umwelt, wie z.B. auf die hydro-meteorologische Variabilität, begegnen zu können. WASCAL ist ein forschungsbasiertes Projekt mit dem Ziel, Lösungsansätze für diese Herausforderungen zu entwickeln. Ein Team von Klimamodellierern in Deutschland und Westafrika entwickelt ein regionales Klimamodellsystem für das "dynamische Downscaling" globaler Modellergebnisse speziell für Nordwestafrika.