Wir sind an Projekten beteiligt, die von BMBF, DFG, dem AWI-Strategiefonds und anderen Quellen kofinanziert werden. Durch Kooperationen und Kollaborationen sind wir in der Paläoklimaforschung national und international intensiv vernetzt.
Das Hauptziel von DustIron ist eine verbesserte Charakterisierung des modernen und vergangenen Staubkreislaufs und seiner Verbindung zu SO-Eisendüngung und atmosphärischem CO2 durch einen eng gekoppelten neuen Daten-Modell-Ansatz.
Klimamodelle als Instrumente zur Vorhersage des künftigen Klimas sind mit Unsicherheiten und Verzerrungen behaftet, aber sie sind die einzigen quantitativen Instrumente zur Untersuchung künftiger Klimabedingungen. Wir müssen die Klimaprojektionen verbessern, indem wir die Schwächen der Modelle ermitteln und beseitigen - eine nicht triviale Aufgabe, da es keine modellunabhängigen Daten zur Überprüfung der Zukunft gibt. In unserem Bemühen, die dritte Generation des AWI-Erdsystemmodells (AWI-ESM3) zu verbessern, umgehen wir diese Hürde, indem wir vergangene, gegenwärtige und zukünftige Klimasimulationen mit Rekonstruktionen des vergangenen Klimas und Beobachtungen verfeinern. Das Projekt wird Referenzklimazustände für vergangene und zukünftige warme Klimazonen liefern, die auf dem verbesserten Modell basieren. Unsere Arbeit unterstützt den Beitrag des AWI zu den CMIP/PMIP-Flaggschiff-Initiativen, wird AWI-ESM3 für den Einsatz in warmen Klimazonen verbessern und vergangene Klimaeigenschaften identifizieren, die als Analogien für die Zukunft dienen können.
Verständnis der Prozesse, die für verschiedene Arten von zusammengesetzten Extremen verantwortlich sind (z. B. Dürre/Hitzewellen in den mittleren Breiten, Regen-Schnee-Ereignisse in den Polarregionen und Hitzewellen in den Ozeanen und deren ökologische Folgen) über ein breites Spektrum von Klimahintergründen: Paläo - Gegenwart - Zukunft.
Die Rekonstruktion von Extremereignissen (z. B. Kälteperioden, Dürren, Hitzewellen) sowie von atmosphärischen Blockaden und synoptischen Wettermustern.
Ziel dieser von etlichen Forschungseinrichtungen und anderen Partnern beim BMBF beantragten Initiative ist es, unser Verständnis der Dynamik des Klimasystems und der Klimavariabilität während des letzten glazialen Zykus entscheidend zu verbessern. Weitere Informationen
Wir untersuchen die Klimabeziehungen zwischen der Arktis und den mittleren Breiten und konzentrieren uns dabei auf die abrupten Veränderungen und Extreme im eurasischen Klimasystem als Reaktion auf die zeitlichen Schwankungen des arktischen Meereises. Wie sowohl instrumentelle als auch Satellitenbeobachtungen zeigen, sind der beschleunigte Rückgang des arktischen Meereises und die höhere Häufigkeit von Klimaextremen in den mittleren Breiten zwei bemerkenswerte Klimaphänomene, die auf die fortschreitende globale Erwärmung zurückgeführt werden können und eine potenzielle Klimabedrohung für Europa und Ostasien darstellen. Bislang sind die Prozesse des arktischen Meereises und ihre Verbindung zu den mittleren Breiten noch nicht geklärt. In diesem Projekt werden wir systematisch eine Datenbank für die arktischen und eurasischen Regionen aufbauen, um die zeitlichen und räumlichen Merkmale abrupter Klimaänderungen und -extreme im Holozän zu charakterisieren. Dies wird kombiniert mit einer Klimamodellierung mit dem gekoppelten Erdsystemmodell (AWI-ESM), das mit einem Wasserisotopenmodul ausgestattet ist. Darüber hinaus werden wir unser Modell nutzen, um Klimaprojektionen für die nächsten 1000 Jahre zu erstellen, die einen Einblick in das potenziell kommende Klima für Deutschland und China geben. Wir führen dieses Projekt in enger wissenschaftlicher Zusammenarbeit mit unserem chinesischen Partner, der China University of Geoscience, auf der Basis einer langfristigen Kooperation durch. Wir werden das erweiterte Wissen über die Vergangenheit nutzen, um einen Anhaltspunkt für die künftige Entwicklung von abrupten Veränderungen und Extremen in Eurasien zu erhalten.
Das RESCUE-Projekt wird das Wissen und Verständnis der “Climate and Earth System responses to climate neutrality and net negative emissions” (englisch „Reaktionen des Klima- und Erdsystems auf Klimaneutralität und negative Nettoemissionen“) verbessern, indem es zwei übergeordnete Ziele verfolgt:
Quantifizierung der Reaktionen des Klimas und des Erdsystems auf Pfaden zur Erreichung der Klimaneutralität mittels der Entfernung von Kohlendioxid (Carbon Dioxide Removal, CDR) mit und ohne Temperaturüberschreitung der Pariszeile von 1.5°C and 2°C, sowie
die Bewertung der potenziellen Rolle von CDR bei der Reduzierung der Netto-Treibhausgasemissionen und ihrer potenziellen Umweltrisiken und Nebennutzen.
Um das erste Ziel zu erreichen wird RESCUE eine Reihe neuer globaler Temperaturstabilisierungsszenarien mit unterschiedlichen Zielwerten entworfen. Diese Pfade zur Klimaneutralität suchen werden mehrere Aspekte der Reaktion des Klimageschehen berücksichtigen, wie Meeresspiegelanstieg, Kohlenstoffkreislauf, Biodiversität und Ökosystemleistungen. Ein Schwerpunkt ist die Umkehrbarkeit angeschobener Veränderungen durch den Vergleich von Szenarien mit und ohne temporäre Temperaturüberschreitungen von 1.5°C and 2°C.
Das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung wird in Zusammenarbeit mit dem Dänischen Meteorologischen Institut, Eisschildsimulationen durchführen, um die Auswirkungen verschiedener Szenarien auf den Meeresspiegel abzuschätzen. Darüber hinaus werden wir prüfen, ob Überschreitungsszenarien zu unumkehrbaren Veränderungen der grönländischen und antarktischen Eisschilde führen und einen anhaltenden Anstieg des Meeresspiegels bewirken können.
Das MOSAiC-Drift-Experiment bot die einzigartige Möglichkeit, die wichtigsten hydrologischen Prozesse in der zentralen Arktis über einen vollständigen saisonalen Zyklus hinweg zu untersuchen, einschließlich des wenig untersuchten arktischen Winters. Im CiASOM-Projekt werden stabile Wasserisotope als Schlüsselparameter für ein besseres Verständnis des gegenwärtigen arktischen Wasserkreislaufs genutzt.
Wir werden die Verteilung von Radiokohlenstoff an der Meeresoberfläche mit bisher nicht gekannter zeitlicher und räumlicher Auflösung rekonstruieren und mit Hilfe eines neuartigen multiskaligen Klima-Radiokohlenstoff-Modells simulieren. Dadurch können marine Daten korrigiert und Hypothesen über abrupte Klimaveränderungen während der letzten Eiszeit getestet werden.
Der Grundgedanke hinter der Paläoklimadatenassimilation (PDA) besteht darin, die Trajektorie eines Klimamodells mit Hilfe von Proxydaten und einem Beobachtungsoperator (z. B. einem Vorwärtsmodell) einzuschränken und so das Klima der Vergangenheit optimal zu schätzen. Es ist auch möglich, die Unsicherheiten von Proxies und Simulationen quantitativ abzuschätzen.
Das Verbundprojekt unter dem Titel „agile Netzsteuerung zur Erhöhung der Resilienz der Kritischen Infrastruktur Wasserversorgung“ (aKtIv) soll dazu beitragen, die Wasserversorgung krisensicherer aufzustellen. Das übergeordnete Ziel von aKtIv ist es, den Ausfall der Trinkwasserversorgung wegen zu geringer verfügbarer Wassermengen, z.B. aufgrund von überschwemmten Gewin-nungsanlagen oder Trockenperioden, zu verhindern.
Dieses Projekt wird sich mit folgenden Fragen befassen: Welche Prozesse bestimmen Extreme, und wie werden sich diese Prozesse verändern? Wie gut bilden die Modelle Extremereignisse ab, und was sind die Ursachen für Defizite? Wie empfindlich reagiert der Ozean auf extreme Grönlandschmelze-Ereignisse, und wie würden sich bestimmte Extreme (z. B. Dürren, Hitzewellen, Kälteperioden) bei einer durch die globale Erwärmung veränderten AMOC entwickeln?
Eines der langfristigen Ziele von REKLIM ist es, optimierte Erdsystemmodelle auf regionaler Ebene zu entwickeln, in denen die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean, Kryosphäre, Biosphäre, Landmassen und Böden berücksichtigt und im Zusammenhang mit menschlichen Aktivitäten betrachtet werden. Diese Erdsystemmodelle werden es uns zusammen mit geeigneten Beobachtungs- und Datenanalysetechniken ermöglichen, den regionalen Klimawandel in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft zu bewerten und vorherzusagen.
Eisbohrkerndaten aus Grönland und aus der Antarktis zeigen einen starken wechselseitigen Einfluss des Paläoklimas auf den beiden Hemisphären. Das mathematische Modell, welches bisher verwendet wurde, um diesen zu beschreiben ("bipolar seesaw"), soll ausgebaut und um zusätzliche Klimaparameter ergänzt werden, um ein tieferes Verständnis für diese Zusammenhänge zu gewinnen. Außerdem sollen beobachtete und simulierte Klimaveränderungen mit Methoden aus dem Bereich der Extremwerttheorie untersucht werden, um ihre Auswirkungen abzuschätzen. Dabei sollen auch räumliche und zeitliche Abhängigkeiten zwischen Extremereignissen untersucht werden.
PAGES unterstützt Forschungsansätze, die versuchen, die Umweltbedingungen der erdgeschichtlichen Vergangenheit zu verstehen, um Projektionen für die Zukunft erstellen zu können. Die PAGES-Gemeinschaft setzt sich aus ExptertInnen für Paläoklima und Paläoumwelt und deren UnterstützerInnen zusammen.
Klimamodelle werden verwendet, um Projektionen des zukünftigen Klimas zu erstellen, das sich höchstwahrscheinlich stark von dem Klimazustand unterscheidet, für den die Modelle entwickelt und kalibriert wurden. Im PMIP werden die Modelle für verschiedene Klimazustände validiert, indem sie Randbedingungen und Einflüssen ausgesetzt werden, die vergangene Klimazonen repräsentieren. Die Ergebnisse werden gegeneinander und gegen modellunabhängige Klimainformationen aus geologischen Archiven bewertet. Ziel ist die Quantifizierung von Unsicherheiten im Paläoklima, die die Ziele des "PMIP-Dreiecks" abdecken: Klimarekonstruktionen, Modellierungsmethodik, Modelle und ihre Parameter. Zu diesem Zweck erstellt ein großes Konsortium von Paläoklimamodellierern ein Ensemble von Paläoklimasimulationen, die in koordinierter Weise gegeneinander und gegen das geologische Archiv bewertet werden. Ziele sind insbesondere das mittlere Holozän, das letzte Interglazial, das letzte glaziale Maximum und verschiedene andere Zeiträume wie das Pliozän und das Miozän, die von angeschlossenen Vergleichsprojekten wie PlioMIP und MioMIP abgedeckt werden.
Das Pliozän ist in vielerlei Hinsicht ein Analogon zu möglichen zukünftigen warmen Klimazuständen. Unsere Modelle werden untereinander und anhand von Proxydaten daraufhin geprüft, wie zuverlässig sie ein warmes pliozänes Klima erzeugen.
Ziel ist die Quantifizierung von Unsicherheiten im Paläoklima, die die Ziele des "PMIP-Dreiecks" abdecken: Klimarekonstruktionen, Modellierungsmethodik, Modelle und ihre Parameter. Zu diesem Zweck erstellt ein großes Konsortium von Paläoklimamodellierern ein Ensemble von Klimasimulationen aus dem Pliozän, die in koordinierter Weise gegeneinander und gegen das geologische Archiv ausgewertet werden.
Kooperationspartner: University of Leeds, School of Earth and Environment; verschiedene andere Modellierungseinrichtungen
Dieses vergleichende Modellierungsprojekt konzentriert sich auf Treibhausklimabedingungen ohne großflächige kontinentale Eisschilde mit atmosphärischen CO2-Konzentrationen von über 1000 ppmv. Andere grundlegende Veränderungen, die einbezogen werden sollen, umfassen z. B. die Vegetation und die kontinentale Konfiguration, was einen besonders anspruchsvollen Test für moderne Modelle darstellt, die außerhalb ihrer "Komfortzone" arbeiten müssen.
Aufgrund der anhaltenden Treibhausgasemissionen haben wir die für das Pliozän typischen atmosphärischen CO2-Konzentrationen bereits überschritten. Daher ist ein "intermediäres" Tiefenzeit-Klimaanalogon von großem Interesse, bei dem die Randbedingungen nahe an den heutigen liegen, aber extreme Klimaänderungen stattgefunden haben. In dieser Hinsicht sind das Miozän und insbesondere das miozäne Klimaoptimum (MCO, ∼16,9-14,7 Ma) als wertvolle Ziele identifiziert worden (Steinthorsdottir et al., 2021; Burls et al. 2022).
Die gezeiteninduzierte Durchmischung ist eine Notwendigkeit für die Energiebilanz des Erdsystems, die jedoch im Paläoklima nicht gut untersucht ist. Zur Vertiefung des Verständnisses der vertikalen Durchmischung im Paläo-Ozean sowie ihrer Rolle im Klima zu vertiefen, wird ein numerisches Erdsystemmodell entwickelt werden, um glazial-interglaziale Veränderungen sowie hundertjährige bis tausendjährige Schwankungen wie Heinrich-Ereignisse zu simulieren, was zu einem tieferen Wissen über vergangene, gegenwärtige und zukünftige Klimaveränderungen beitragen.
Ziel dieses Projekts ist es, durch Klimamodellierung die Schlüsselprozesse zu untersuchen, die zum Wachstum der Eisschilde in der nördlichen Hemisphäre während der letzten Eiszeit beigetragen haben.
In diesem Projekt wird die Entwicklung des asiatischen Monsuns während des Holozäns mit dem hochmodernen Klimamodell AWI-CM3 untersucht. Insbesondere wird untersucht, warum der ostasiatische Monsun im Gegensatz zu anderen regionalen Monsunen verzögert auf die orbitalen Einflüsse reagiert.
Die wissenschaftliche Frage ist, wie Rückkopplungsmechanismen in der Arktis die Phasenverschiebung der arktischen Oberflächentemperatur beeinflussen. Die Funktion jeder Rückkopplung soll quantifiziert werden, um die physikalischen Prozesse der arktischen Verstärkung, die dem Klimawandel zugrunde liegen, zu verstehen.
Ziel des Projekts ist die Untersuchung der Auswirkungen von Paläotiden auf die meridionale Umwälzzirkulation im Atlantik unter verschiedenen Bedingungen im LGM.
REKLIM hat gemeinsam mit dem WWF Deutschland und der Universität Hamburg einen Volkshochschulkurs zum Thema Klimawandel entwickelt, der regionalspezifische Themen aufgreift und an Volkshochschulen in ganz Deutschland angeboten wird. Gefördert durch die Nationale Klimaschutzinitiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz wird klimafit Multiplikatoren in Kommunen ausbilden, um Klimaschutzmaßnahmen von der Basis aus zu fördern und zu unterstützen. Bis zum Jahr 2024 wollen wir Bildungsprogramme an 170 Volkshochschulen in ganz Deutschland etablieren.
meereisportal.de / seaiceportal.de ist ein Informations- und Datenportal zum Thema Meereis für beide Polarregionen. Ziel des Portals ist es, eine tagesaktuelle Darstellung der Meereissituation in beiden Polarregionen in Form von aufbereiteten, druckfähigen Grafiken und Karten sowie deren Rohdaten, die Aufbereitung der Grundlagen und des Wissens zum Thema Meereis sowie die aktuelle Experteneinschätzung der Meereissituation in beiden Hemisphären umfassend für verschiedene Zielgruppen der Gesellschaft bereitzustellen.
Basierend auf bereits bestehenden Erfahrungen des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) mit Langzeitvorhersagen von großen Flußgebieten anhand globaler Klimadaten, zielt dieses Projekt mit der Hamburg Port Authority (HPA) darauf ab, die Vorhersagbarkeit des Abflusses der Elbe auf monatlichen und saisonalen Zeitskalen zu testen und zu optimieren. Außerdem soll der Vorhersagezeitraum, sofern möglich, auf ein halbes Jahr ausgeweitet werden.
Erprobung/Entwicklung/Implementierung eines statistischen Vorhersageschemas für Rhein und Mosel und einer passwortgeschützten Website, die potenziell operativ eingesetzt werden könnte, um die Anforderungen verschiedener Interessengruppen (z. B. Schifffahrtsunternehmen, Wassermanager) zu erfüllen.
Mit der WWF Jugend Kampagne möchten wir Aufmerksamkeit und Verständnis für die Arbeit und die Ergebnisse der Klimaforschung schaffen und im engen Austausch mit Politik und Wirtschaft dazu beitragen, die notwendige sozial-ökologische Transformation einzuleiten.
Die Kampagne wird unterteilt in die Bereiche Klimaforschung und Klimapolitik. Mit Start der Kampagne wird der Fokus auf der Klimaforschung liegen: hier geht es um eine umfassende Wissensvermittlung mit Unterstützung von Expert:innen des Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung, als auch um das Pilotprojekt zur Begleitung des wissenschaftlichen Forschungsteams nach Finnland.
Saisonale bis dekadische Klimavariabilität in und aus Ozeandaten, Proxys (Korallen) und Modellsimulationen, Excellence Cluster MARUM
Großskalige ozeanische Zirkulationen werden von verschiedenen Prozessen beeinflusst, z.B. von durch Ventilation bedingten Umwälzbewegungen und die Wechselwirkung zwischen subpolaren und subtropischen Ozeanwirbeln. Ihr Einfluss und die dahinter liegenden Auslösemechanismen auf einer Zeitskala von 10 bis 1.000 Jahren werden mit Hilfe von numerischen Modellen und unter Verwendung von neuesten Beobachtungs- und Paläodaten erfasst.
Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean in hohen und mittleren Breiten, Excellence Cluster MARUM
In diesem Projekt sollen neue Erkenntnisse über die durch Eisenstaub verursachten Auswirkungen auf das globale Klima und die Wechselwirkungen zwischen hohen und mittleren Breiten auf Zeitskalen von Jahrzehntausenden bis hin zu Jahren gewonnen werden. Hierdurch soll das Visionspotenzial für Geoengineering zur Anpassung an den zukünftigen Klimawandel abgeschätzt und der anthropogene Einfluss auf das Klima auf Zeitskalen von Menschengenrationen bis in die Zeit vor der instrumentellen Wetter- und Klimabeobachtung entschlüsselt werden.
Quartäre Klimagradienten entlang des nördlichen Eurasiens und Potentiale für Tiefbohrungen (PLOT)
Ziel des BMBF Projekts "PLOT - Paläolimnologischer Transekt" ist die Rekonstruktion von Klima- und Vegetationsänderungen entlang eines 6000km langen Transsekts vom Ladoga See in West-Russland bis zum El'gygytgyun See in Ost-Sibirien. Die Rekonstruktion basiert dabei auf einer multi-disziplinären geowissenschaftlichen Analyse von Sedimentenkernen aus fünf verschiedenen Seen, die mit Ergebnissen aus entsprechenden Paläoklima-Simulationen verknüpft werden.
Bestimmung des isotopischen Fingerabdrucks des Wasserzyklus in der östlichen Arktis (Iso-Arc)
Hauptanliegen des Projektes Iso-Arc, das aus AWIs Strategiefonds gefördert wird, ist die erstmalige detaillierte Bestimmung und Beschreibung des Wasserzyklus der östlichen Arktis, dessen isotopischer Zusammensatzung (H218O, HD16O) und Abbildung in verschiedenen Klimaarchiven. Messungen von Wasserdampf werden in Kombination mit Ozean- und Niederschlagsdaten und Klimasimulationen mit Isotopendiagnose durchgeführt.
In diesem Projekt sind wir bestrebt, mit Hilfe von Modellsimulationen die Klimavariabilität der Vergangenheit darzustellen. Besonderes Augenmerk liegt dabei bei der Untersuchung von Rückkopplungsmechanismen unter Einbeziehung der Ozeanzirkulation, der Rolle des Meereises und der Eisschilde.
Die letzte Deglaziation (21~8ka BP) ist durch abrupte Klimaveränderungen wie die Bolling-Allerod Erwärmung oder die Young Dryas Abkühlung gekennzeichnet, deren zugrundeliegenden Dynamiken allerdings schwer zu fassen sind. In diesem von der Helmholtz-Gemeinschaft geförderten Projekt werden wir ein Klimamodell mit Eisschilddynamiken anwenden, das auch Isotopen berücksichtigt, um die klimatische Entwicklung der letzten 21.000 Jahre zu simulieren. Dieser Ansatz ermöglich es uns 1) einen direkten Daten-Modell-Vergleich für unser Verständnis des aufgezeichneten Klimawandels vorzunehmen und 2) Rückkopplungen zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasystems zu bewerten, die die letzte Deglaziation gestaltet haben.
Hintergrundtrends und Wechselwirkungen zwischen Eisschilden und Klimasystem im Rahmen des Schwerpunktprogramms: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel)
Während der letzten Dekaden hat der Beitrag der Eisschilde Grönlands und der Antarktis zum Meeresspiegelanstieg zugenommen. Noch ist nicht klar, zu welchem Teil der jüngste Rückgang der Landeismasse auf das sich global erwärmende Klima zurückzuführen ist. Dieses DFG-geförderte Projekt zielt darauf ab, die natürliche Variabilität und die Langzeittrends der polaren Landeismassen abzuschätzen, um die Veränderungen während der industriellen Periode bewerten zu können. Zu diesem Zweck richten wir unsere Aufmerksamkeit auf die letzten 6.000 Jahre - vom Mittleren Holozän bis heute - da sich in diesem Zeitraum bis zum Einsetzen der ansteigenden Treibhausgaskonzentration sowohl Eisschilde als auch das Klima nur moderat und graduell geändert haben. Mit einer Kombination von Eisschildsimulationen und Klimasimulationen konzentrieren wir uns auf die Interaktionen zwischen dem Klimasystem und den Eisschilden, welche normalerweise in Simulationen mit tausendjährigen Skalen unaufgelöst bleiben.
Vorhersage von monatlichen bis saisonalen Wasserständen und Strömungsverhältnissen für Flüsse in Deutschland (z.B. Rhein, Elbe, Donau, Weser) basierend auf stabilen Telekonnexionen mit globalen Klimaparametern und Oberflächentemperaturen.
