Sektion 1.3: Erdsystem-Modellierung

Themen

Dynamik der Atmosphäre und Hydrosphäre

Wir entwickeln und nutzen numerische Verfahren basierend auf den grundlegenden Prinzipien der geophysikalischen Fluiddynamik zur Analyse und Interpretation von geodätischen und geophysikalischen Beobachtungsdaten als Beitrag zu einem vertieften Verständnis des Systems Erde. Kern unserer Arbeiten sind globale Ozeanzirkulationsmodelle in globalen oder regionalen Konfigurationen welche Prozesse wie ozeanische Gezeiten, Auflast- und Selbstanziehungsrückkopplungen in die Zirkulationsdynamik, oder atmosphärische Luftdruckeffekte in Ergänzung zu den üblicherweise berücksichtigten atmosphärischen Antriebsdaten abbilden. Wir nutzen auch Modelle des kontinentalen Wasserkreislaufs, welche den vertikalen Wasser- und Energieaustausch mit der Atmosphäre sowie laterale Transporte im Boden und den Oberflächengewässern simulieren.

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Dichte-Struktur der Erde

In diesem Themenfeld konzentrieren wir uns auf die gemeinsame Analyse von Schwere-, seismischen und anderen geophysikalischen, geodätischen und geologischen Daten mit dem Ziel, umfassende Modelle der Lithosphäre und des darunter liegenden Mantels zu erstellen, sowie eine Verknüpfung dieser Modelle mit aktuellen tektonischen und geodynamischen Prozessen zu etablieren.

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Dynamik der Eisschilde

Hier nutzen wir Beobachtungsdaten und numerische Simulationen, um die Dynamik der beiden großen Eisschilde Grönlands und der Antarktis sowohl in der Vergangenheit zu verstehen als auch für die Zukunft vorauszusagen. Besonders interessant ist hierbei die Bilanz der Eismassen, da diese einen unmittelbaren Einfluss auf die Höhe des globalen Meeresspiegels hat. Interaktionen der Eisschilde mit dem Ozean, der Atmosphäre und der festen Erde spielen hierbei eine wichtige Rolle.

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Dynamik der festen Erde

In diesem Themengebiet befassen wir uns mit der Reaktion der festen Erde auf Massenumverteilungen an ihrer Oberfläche in Hinblick auf geodätische und geophysikalische Fragestellungen wie Klima-, Ozean- und Eisdynamik. Im Fokus liegt dabei die numerische Modellierung von instantanen Prozessen bis hin zu langzeitlichen Prozessen von 10.000 Jahren und mehr.

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Datenassimilation und inverse Sensitivitäten

In diesem Themenfeld werden Beobachtungen und numerische Modelle des Erdsystems auf systematische Art und Weise kombiniert. So werden z.B. Beobachtungen unter Einhaltung modellierter physikalischer Gesetzmäßigkeiten räumlich sowie zeitlich interpoliert, modellierte aber direkt unbeobachtete Größen werden bestimmt und numerische Modelle werden mithilfe der Beobachtungen reinitialisiert, um bessere Vorhersagen zu treffen. Des Weiteren kann mithilfe der Datenassimilation die Kausalkette innerhalb eines modellierten Systems zurückverfolgt werden,  um so mögliche Ursachen für beobachtete Veränderungen aufzuspüren. Somit ist ein weiterer wichtiger Aspekt innerhalb der Arbeitsgruppe das Aufzeigen von Zusammenhängen und Sensitivitäten zwischen prinzipiell gut und prinzipiell schwer beobachtbaren Größen mit dem Ziel Letztere aus Ersteren abzuleiten. In diesen Bereich gehört auch die Abschätzung und Optimierung des zu erwartenden Informationsgewinnes zukünftiger Beobachtungsmissionen.

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Programmorientierte Förderung (POF)

Die Sektion ist im Rahmen der Programmorientierten Förderung der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich 'Erde und Umwelt' im Programm Geosystem: 'Die Erde im Wandel' beteiligt.

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