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 Erdsystemmodellen


In unseren Simulationen verwenden wir verschiedene 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 Erdsystemmodell MPI-ESM und seine Vorgängerversion 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. Das Erdsystemmodell AWI-CM (Kopplung von FESOM und Atmosphärenmodell ECHAM6) wurde ebenfalls an unserem Institut entwickelt. 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:

Mid-Holocene Atlantic circulation

West Antarctic ice sheet dynamics

Shift of western boundary currents

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 ECHAM5/MPI-OM   

Stable water isotopes during the Last Interglacial

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:

Atmospheric bridge on orbital time scales

Greenland ice cores and European climate

Atmospheric blocking and sea ice export