Werkzeuge

Mithilfe verschiedener Erdsystemmodelle und statistischer Methoden analysieren wir Mess- und Proxydaten. Der kombinierte Ansatz der Analyse von Klimaarchivdaten und Modelldaten hilft uns, ein besseres Verständnis für Klimaübergänge, deren Treiber und die Rückkopplungsmechanismen im Klimasystem zu entwickeln.

Simulation des Paläoklimas mit komplexen Ozean- und Erdsystemmodellen

In unseren Simulationen verwenden wir verschiedene Ozean- und Erdsystemmodelle in gekoppelten sowie ungekoppelten Konfigurationen. Um die Hauptkomponenten des Klimasystems wie Landvegetation, Kryosphäre und marine Biosphäre in unseren Modellstudien berücksichtigen zu können, setzen wir das Erdystemmodell ESM-COSMOS ein. Solche Modelle dienen als Laboratorium für die numerische Simulation vergangener Klimazustände und auch für die Projektion von zukünftigen Klimabedingungen. Als letzte Neuerung wurde ein interaktives Kryosphärenmodell gekoppelt, das nun für die Durchführung von Simulationen auf langen Zeitskalen eingerichtet wird.

Das Finite Element Sea-Ice Ocean Model (FESOM) ist eine Entwicklung des Alfred-Wegener-Institutes. Es verwendet ein unstrukturiertes Gitter, das es ohne Nesting-Verfahren ermöglicht, die Auflösung lokal extrem stark zu verfeinern, global aber mit einer geringeren Auflösung zu arbeiten, um so Gebiete von besonderem Interesse detailliert abbilden zu können. Die Kopplung an das Atmosphärenmodell ECHAM6 erfolgte ebenfalls an unserem Institut. In Szenarienrechnungen können wir mit Hilfe dieser gekoppelten Modelle langfristige Klimaänderungen in Regionen von besonderem Interesse wie den hohen Breiten und den Küsten evaluieren.

Beispiele aus unserer Arbeit:

Abrupt glacial climate shifts

Ice sheet dynamics within an earth system model

Labrador Sea water formation 

Isotopenmodellierung

Wasser- und Kohlenstoffisotope werden in der Paläoklimaforschung gerne als Klimaproxies verwendet. Innerhalb der Vielfalt verschiedener Klimaarchive wie Eiskernen, marinem Sediment, Tropfsteinen, Korallen, Baumringen u.a., gelten diese Isotope als „gemeinsame Währung“. Die in den Archiven gespeicherten Isotopenvariationen helfen uns, Änderungen von Temperatur, Niederschlagsmengen und des Wasserkreislaufs der Erde sowie des Kohlenstoffkreislaufs zu rekonstruieren.

Manche unserer Werkzeuge sind für den gezielten Einsatz von Isotopen-Diagnoseverfahren ausgelegt. Mit Hilfe von Isotopen in allgemeinen Zirkulationsmodellen gelangen wir zu einem mechanistischen Verständnis der physikalischen Prozesse und Umweltbedingungen, die die Isotopenzusammensetzung verschiedener Komponenten unseres Klimasystems beeinflussen. Klimasimulationen mit Isotopenmodellen helfen uns daher, die Klimavariabilität in Gegenwart und Vergangenheit besser interpretieren zu können.

Beispiele aus unserer Arbeit:

Stable water isotopes in the atmosphere  

Stable water isotopes in ice sheets

Radiocarbon

Glacial Carbon-13

Dynamische Systemtheorie und konzeptuelle Modelle

In Ergänzung zu unserer Arbeit mit komplexen Klimamodellen verwenden wir statistische Datenanalysen und entwickeln vereinfachte sowie konzeptuelle Modelle.

Dieser kombinierte Ansatz wurde bei verschiedenen wissenschaftlichen Fragestellungen erfolgreich eingesetzt, wie z.B. im Zusammenhang mit Rückkopplungsmechanismen und der grundsätzlichen Dynamik unseres Klimasystems. Mit Hilfe der Datenanalyse entschlüsseln wir verschiedene Klimamodi. Dazu verwenden wir diverse Statistikwerkzeuge und Umweltdaten. Wir arbeiten hierbei eng mit verschiedenen anderen Gruppen innerhalb des Instituts und außerhalb zusammen.

Darüberhinaus entwickeln wir Modelle des Rekordersystems und wenden diese an, um zu untersuchen, wie die Klimaänderungen sich in den Daten der Klimaarchive niederschlagen.

Beispiele aus unserer Arbeit:

Millenial variability

Recoder system - Stalagmites

Ice cores