Nationale Klimamodellierungsinitiative (PalMod)

Die "Nationale Klimamodellierungsinitiative (PalMod)" wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über das Programm Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA) gefördert und hat das Ziel einen kompletten glazialen-interglazialen Zyklus mit Hilfe komplexer Erdsystemmodellen zu simulieren.

Eine wichtige Voraussetzung für die konsistente Modellierung des Erdsystems über einen glazialen Zyklus besteht in der Modellierung, dem Verständnis und der Quantifizierung von Rückkopplungen zwischen den einzelnen Klima relevanten Komponenten. Der letzte glaziale-interglaziale Zyklus ist eine der am besten durch Klimaarchive dokumentierten klimatischen Veränderungen in der Erdgeschichte. Trotzdem wissen wir nur wenig über die Ursachen klimatischer Veränderungen, vor allem über die Zeit vor dem letzten glazialen Maximum (LGM, 21.000 Jahre vor Heute) sowie über intermediäre abrupte Klimaänderungen und den damit verbundenen Änderungen im Meeresspiegel oder der thermohalinen Zirkulation (AMOC) (um nur zwei zu nennen). Mit den zur Zeit verwendeten Erdsystemmodellen, kann man diese Veränderungen nicht simulieren, da verschiedene Komponenten wie die Rückkopplung dynamischer Eisschilde auf das Erdsystem nicht implementiert sind. Entsprechende Komponenten sollen in der Arbeitsgruppe 1, 'Physikalische Systeme', in die den Stand der Technik repräsentierenden Modellsysteme eingearbeitet werden. Ziel ist es zunächst die dem LGM folgende glaziale Abschmelzphase nur unter Vorgabe von Treibhausgaskonzentrationen und der variierenden Sonneneinstrahlung transient zu simulieren.

Die Sektion 1.3 beteiligt sich mit zwei Projekten:

Hauptziel des Arbeitspaketes WP 1.1'Kopplung von Eisschildmodellen mit AOGCMs' ist es, ein gekoppeltes Modellsystem zu entwickeln, das die Komponenten Atmosphäre, Ozean, Eisschilde und feste Erde beinhaltet und für die transienten Simulationen verwendet wird. Dazu muss eine generelle Modellkonfiguration erstellt, verschiedenste Effekte und Parametrisierungen getestet und die wichtigsten Prozesse wie eine variable Land-Ozean-Maske oder der Einfluss von Staub in dem Modellsystem berücksichtigt werden. All diese Komponenten sollen dem Stand der Wissenschaft entsprechen und in dem Erdsystem interaktiv und dynamisch gekoppelt werden.

Die Aufgabe der Sektion 1.3 liegt darin, das Erdmodell VILMA zu implementieren, welches die Deformationsantwort der festen Erde auf hydrologische Massenverlagerungen an der Erdoberfläche wie dem Auf- und Abbau von Eisschilden und Veränderungen der Ozeanbecken auf Zeitskalen von Dekaden bis zu hunderttausenden von Jahren quantifiziert und die daraus resultierenden Änderungen des Meeresspiegels und der Küstenlinie gravitativ konsistent prognostiziert.

Zu diskutierende Aspekte sind dabei:

  • Kopplungsmechanismen die durch Änderungen der Land-Ozean-Maske verursacht sind
  • isostatisch verursachte Topographieänderungen auf den Kontinenten
  • Einfluss des relativen Meeresspiegels auf mit dem Meer verbundener Eisränder der kontinentalen Eisschilde.

Ziel des von der Sektion 1.3 koordinierten Arbeitspaketes, WP 1.2 'Interaktion verschiedener Skalen', besteht darin, die physikalischen Simulationen bezüglich nicht implementierter Prozesse und fehlender Auflösungen zu validieren, die sowohl die individuellen Komponenten als auch die Gesamtleistung der physikalischen Kopplungsmodelle beeinflussen. Des Weiteren werden verschiedene subgrid-skalige Prozesse in Kryosphäre, Atmosphäre, Ozean, fester Erde und Landoberfläche untersucht. Dazu werden neue oder optimierte Parametrisierungen existierender Modelle erarbeitet. Die Hauptaufgabe in der Sektion 1.3 liegt dabei auf der qualitativen und quantitativen Analyse des kontinuum-mechanischen Verhaltens der festen Erde in Bezug auf die in PalMod berücksichtigen Prozesse. 


Im Mittelpunkt stehen folgende Aspekte:

  • die Untersuchung von Effekten, die sich durch Kopplung mit anderen Modellkomponenten in Deformationen des Erdkörpers widerspiegeln
  • eine eigenständige Abschätzung des  Deformationszustandes des Erdkörpers über Rekonstruktionen des Meeresspiegels mittels entsprechender Proxy-Daten
  • die Vorhersage von Meeresspiegeländerungen
  • die Frage inwieweit laterale Variationen in der Erdstruktur oder nichtlineares Deformationsverhalten in der Lithosphäre und im oberen Mantel für die Modellierungen in PalMod berücksichtigt werden müssen. 

Referenz:

Latinovic, M. , Klemann, V., Irrgang, C., Bagge, M., Specht, S., Thomas, M. (2018): A statistical method to validate reconstructions of late-glacial relative sea level – Application to shallow water shells rated as low-grade sea-level indicators. - Climate of the Past Discussions, {https://doi.org/10.5194/cp-2018-50}, in review.

Zuwendungsgeber: BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung

Laufzeit: 01.11.2015 - 31.10.2019

Website:www.palmod.de 

Kontakt

Wissenschaftlerin
Dr. Meike Bagge
Erdsystemmodellierung
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Gebäude A 20, Raum 326
14473 Potsdam
+49 331 288-1770
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Arbeitsgruppenleiter
Dr. Volker Klemann
Erdsystemmodellierung
Telegrafenberg
Gebäude A 20, Raum 314
14473 Potsdam
+49 331 288-1104
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