CryoGrid

CryoGrid  ist ein eindimensionales Landoberflächenmodell, das zur Simulation von Bodentemperaturen in Permafrostgebieten entwickelt wurde. Durch Berechnung der Oberflächenenergiebilanz bildet CryoGrid verschiedene Prozesse des Wärme- und Wasseraustausches zwischen Atmosphäre und Bodenoberfläche ab. Dazu gehören unter anderem die Strahlungsbilanz, der Austausch von fühlbarer Wärme und die Verdunstung bzw. Kondensation von Wasser. Für die Berechnung der Bodentemperaturen sind außerdem der Phasenwechsel zwischen gefrorenem und flüssigem Bodenwasser und die thermische Isolierung durch die winterliche Schneedecke von entscheidender Bedeutung.
Durch Weiterentwicklungen von CryGrid  können inzwischen auch Phänomenen wie
Bodenabsackung, das das Entstehen von Thermokarst durch das Abschmelzen von Bodeneis, sowie die Entwicklung von polygonalen Tundrastrukturen abgebildet werden. Ein implementiertes  Seemodul (FLAKE) ermöglicht darüber hinaus  Veränderungen in den Wärme- und Wasserflüssen von Tundralandschaften mit hoher Seebedeckung zu untersuchen.

Simulationsergebnisse

Die Animation zeigt die jahreszeitlichen Schwankungen der Bodentemperatur in verschiedenen Tiefen – unter einem Thermokarstsee und in der nicht See-bedeckten Umgebung. Die Simulation startet im Jahr 1950 und läuft für eine angenommene starke Klimaerwärmung (RCP8.5 Szenario) bis zum Jahr 2100 (in der Animation sind auszugsweise die erste und letzte Jahresdekade, sowie die Dekade von 2017 bis 2027 dargestellt, in welcher der Boden unter dem See erstmalig im Winter nicht mehr durchfriert). Rote Farbtöne verdeutlichen aufgetaute Bodenbereiche, blaue Farbtöne zeigen gefrorene Bereiche im Boden, bzw. die Dicke der Eisschicht im See.
Unter Thermokarstseen erwärmt sich der Untergrund deutlich stärker als in der Umgebung. Als Folge davon erreicht die Taufront deutlich tiefere Bodenschichten. Dies ist insbesondere in einem wärmeren Klima zu erwarten, wenn der See nicht mehr bis zum Boden durchfriert. Durch das Abschmelzen von Bodeneis vertieft sich der See zunehmen  (blaue gestrichelte Linie) sodass sich im Untergrund dauerhaft aufgetaute Bereiche (sogenannte Taliks) bilden.
Die unterschiedlichen Bodentemperaturverläufe sind Ausdruck einer Energiebilanz, die sich aus dem Nettostrahlungsfluss und den sensiblen und latenten Wärmeflüssen ergibt (dargestellt durch farbige Pfeile). Zusätzlich führt lateraler Wärmefluss im Untergrund zu einer teilweisen Angleichung der Temperaturprofile.