Suchergebnisse

Ökosystem Modellierung Wir untersuchen, wie sich die benthischen Lebensgemeinschaften der westantarktischen Halbinsel, des Weddellmeeres und der [...] Methoden zur Analyse benthischer Ökosysteme wenden wir räumliche Modellierung von Biodiversität und Ökosystemfunktionen an und integrieren Fernerkundungsansätze. Projekte CoastCarb BEMO CoastalRunoff Kontakt

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 Illustration des Einflusses von Thermokarstseen auf die Bodentemperatur 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. CryoGrid/LARIX – Wärme- und Wasseraustauschprozesse in von Lärchen dominierten Permafrost-Ökosystemen Globale Verteilung der immergrünen (dunkelgrün) und sommergrünen (hellgrün) borealen Nadelwälder und die Grenze zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Permafrost (braun). Ein Untersuchungsgebiet ist mit einem schwarzen Kreuz markiert. (Grafik: Simone Stuenzi, Data: ESA CCI Landcover classes, aggregated to summergreen and evergreen needleleaf classes and permafrost extent after Kotlyakov and Khromova: Land Resources of Russia – Maps of Permafrost and Ground Ice, Version 1, NSIDC 2002) Boreale Wälder in Permafrostgebieten machen rund ein Drittel der globalen Waldfläche aus und sind ein wesentlicher Bestandteil regionaler und globaler Klimamuster. Die Wälder isolieren normalerweise effektiv den darunterliegenden Permafrostboden. Das Kronendach beschattet durch Reflektion und Absorption des größten Teils der nach unten gerichteten Sonnenstrahlung, verändert die Oberflächenalbedo, verringert die Bodenfeuchtigkeit, indem es Niederschläge abfängt und die Evapotranspiration erhöht und fördert die Ansammlung der organischen Oberflächenschicht (Litter), die den Boden weiter von der Atmosphäre isoliert. Wechselnde klimatische Bedingungen können eine Zunahme der aktiven Schicht begünstigen oder das teilweise Verschwinden des oberflächennahen Permafrosts auslösen. Von weitreichenden Ökosystemverschiebungen wie auch Veränderungen der Zusammensetzung, Dichte oder Verteilung der Vegetation und daraus resultierenden Veränderungen der Strahlungsflüsse unterhalb und innerhalb der Baumkronen wurden bereits berichtet. Diese Veränderungen der Vegetations-Permafrost-Dynamik können einen potenziell großen Einfluss auf zahlreiche Rückkopplungsmechanismen zwischen den beiden Ökosystemkomponenten haben. Die erhöhte Kohlenstofffreisetzung aus dem auftauenden Permafrostboden durch die Zufuhr organischer Bodensubstanz in den Aktivkohlekreislauf wird durch Vegetationsveränderungen modifiziert, welche die Kohlenstoffverluste aufgrund einer erhöhten CO2-Aufnahme kompensieren oder den Gesamtkohlenstoffverlust noch weiter beschleunigen können. Ziel dieses interdisziplinären Projekts ist es zu verstehen, wie die Wechselwirkungen zwischen Vegetation, Permafrost und Atmosphäre die Wälder und den darunter liegenden Permafrost stabilisieren. Ein eindimensionales Landoberflächenmodell (CryoGrid) wird durch Kopplung eines mehrschichtigen Baumkronen-Modells (CLM-ml v0; Community Land Model) für die Anwendung in bewachsenen Gebieten adaptiert und dient der Simulation des Energietransfers und des thermischen Regimes in einem Untersuchungsgebiet im borealen Mischwald in Ostsibirien. Modellaufbau ermöglicht die Anwendung auf boreale Wälder in Permafrostgebieten und erlaubt Berechnungen von Strahlungs- u. Stickstoffhaushalt, Photosynthese, Turbulenzen u. Fluxes in der Baumkrone u. der hydrologischen/thermischen Permafrost-Zustände (Grafik: Simone Stuenzi) Stuenzi et al. (2021) stellen fest, dass der thermische Zustand des Permafrosts stark durch die Wälder kontrolliert wird, indem sie die Strahlungsbilanz und die Schneebedeckungsphänologie verändern. In einem weiteren Schritt wird untersucht, wie sich Veränderungen der Waldbedeckung auf die Rückkopplungsprozesse in von Permafrost unterlagerten borealen Wäldern über einen weiten Transekt in Ostsibirien auswirken. Damit werden wichtige Erkenntnisse über die Bandbreite möglicher Veränderungen des Permafrostzustandes, die nach Landschaftsveränderungen wie Entwaldung durch Brände oder Landnutzungsänderungen, Aufforstung in derzeit unbewaldeten Graslandschaften oder klimabedingter Verdichtung von Waldgebieten zu erwarten sind, geliefert. Es wird festgestellt, dass unterschiedliche Dichte und Zusammensetzung der Baumbestände einen signifikanten Einfluss auf den thermischen und hydrologischen Zustand des Permafrosts haben und daher eine wichtige Rolle für die Weiterentwicklung dieses Ökosystems spielen, die Wälder als Kohlenstoffsenken und Permafroststabilisatoren fungieren, was bei Reduzierung zu unerwünschten Rückkopplungsmechanismen wie Versumpfung, Dürren, Bränden oder weiteren Waldverlust führen kann. Weitere Informationen können der open-access Veröffentlichung in Biogeosciences entnommen werden: Stuenzi, S. M., Boike, J., Cable, W., Herzschuh, U., Kruse, S., Pestryakova, L. A., Schneider von Deimling, T., Westermann, S., Zakharov, E. S., and Langer, M.: Variability of the surface energy balance in permafrost-underlain boreal forest, Biogeosciences, 18, 343–365, doi.org/10.5194/bg-18-343-2021 , 2021

AG Küstendynamik Modellierung FESOM-C Beschreibung FESOM-C ist ein kürzlich entwickelter Küstenzweig des globalen Ozeanmodells FESOM ( F inite- E lement/volum [...] FESOM-C sind ein nachhaltiges Küstenmanagement und die genaue Modellierung der Küstendynamik im Rahmen des Erdsystemmodells ( ESM ). FESOM-C derzeitiger Stand • Finite Volume Diskretisierung mit Zellen

Modelling Dieser Inhalt steht nur in englischer Sprache zur Verfügung, bitte wechseln Sie über den Sprachschalter rechts oben zur englischen Sprachversion.

Biogeochemische Modellierung der Ozeane Die biogeochemische Modellierungsgruppe zielt darauf ab, ein Verständnis der verschiedenen Rückkopplungen zwischen [...] Klimawandels. Weitere Forschungsschwerpunkte der Gruppe sind die Modellierung von Eisen im Meerwasser und seine Wechselwirkungen mit anderen biogeochemischen Kreisläufen, der Kohlenstoffkreislauf auf

Tsunami-Modellierung <link typo3 sysext cms layout bearbeiten>Von dieser Seite existiert keine deutschsprachige Fassung. Bitte lesen Sie die englische

Permafrost-Modellierung Kurzprofil Warum brauchen wir Permafrostmodelle? Wir entwickeln Computermodelle um besser zu verstehen, wie sich Klimaveränderungen

Ausmaß der heutigen horizontalen Fließgeschwindigkeit, berechnet mit dem Parallel Ice Sheet Model (PISM v0.6) mit einer Auflösung von 10 km. (Grafik: Thomas Kleiner, Alfred-Wegener-Institut) Die großen Eisschilde Grönlands und der Antarktis sind von entscheidender Bedeutung für das globale Klimasystem durch deren Interaktion mit dem Ozean und der Atmosphäre. Es ist bewiesen, dass Eisschilde und Gletscher weltweit an Masse verlieren. Der Massenverlust ist für mehr als die Hälfte des jährlichen Anstiegs des Meeresspiegels zwischen 2005 und 2010 verantwortlich. Nachweislich haben sich auch die Fließgeschwindigkeiten der Gletscher in den Randregionen von Grönland und der Antarktis signifikant erhöht. Aus diesem Grund transportieren die Gletscher immer mehr Eis in den angrenzenden Ozean und tragen so zunehmend zum Meeresspiegelanstieg bei. Je höher das Verständnis der Eisdynamik und deren zugrundeliegenden Prozessen, desto genauer sind die Vorhersagen über das Ausmaß des Meeresspiegelanstiegs. Derzeit mangelt es noch an vielen Orten an Schlüsselparametern, um die Dynamik des heutigen Systems und zukünftige Änderungen zu verstehen. Unter den großen Unbekannten in der Glaziologie befindet sich der Einfluss von subglazialem Wasser auf Eisschilde und –ströme, die Dynamik der Aufsetzlinie vom marinen Eisschilden, die Stabilität von Eisschelfen und Kalben von Eisbergen. Das Modellieren des Flusses von Eisschilden, Gletschern, Eisströmen, und Eisschelfen zielt darauf ab Prognosen über die zukünftige Entwicklung von Eisschilden tätigen zu können. Dazu führen wir numerische Simulationen der Dynamik von Eismassen wie Fließgeschwindigkeiten, Temperatur und der geometrische Entwicklung durch. Im Gegensatz zu Beobachtungen der Eisdynamik in Grönland und in der Antarktis, die die Reaktion des Systems auf viele Faktoren widerspiegeln, ermöglichen die Modelle das Testen von einzelnen Faktoren und erhöhen so das Verständnis der Interaktionen des komplexen Systems von Eisschilden, Eisströmen und Eisschelfen. Außerdem ermöglichen die Modelle das Trennen von internen Veränderungen des Systems und klimagetriebenen Veränderungen. Das Modellierungsteam der Glaziologie Arbeitsgruppe führt Systemstudien für die Eisschilde Grönlands und der Antarktis und für einzelne Eisstrom-Schelfeis-Systeme wie z.B. dem Recovery Gletscher, dem Filchner Schelfeis, dem Pine Island Gletscher, dem Jakobshavn Isbræ und dem 79°N Gletscher durch. Die Systemstudien folgen einer „hybrid-physics multi-scale“ Annäherung, die Unsicherheiten und rechnerische Quellen relativ effizient ausgleicht. Die Prozessstudien beinhalten des Modellieren von subglazialem Wasser, vom temperiertem Eis, von der Migration der Aufsetzlinie und vom Gleiten und Kalben. Das Modellierungsteam profitiert von vielen anderen glaziologischen Forschungsgebieten wie der Feldglaziologie, die für das Modellieren notwendige Beobachtungen durchführen, vom Prozessverständnis, das aus Mikrostrukturstudien gewonnen wird, und von dem Fernerkundungsteam, das Daten zur Validierung der Modelle sammelt. Gruppenleiterin Prof. Dr. Angelika Humbert Mitglieder Lea-Sophie Höyns Dr. Thomas Kleiner Dr. Michael Wolovick

Modelle des Eisflusses basieren auf einer Annäherung durch Kontinuumsmechanik und lösen daher Gleichungen für Massenbilanz, Impulsbilanz und die Energie- oder Enthalpiebilanz. Die Gleichungen sind mit Konstitutivgleichungen geschlossen, in unserem Fall mit einem Fließgesetz für viskoses, polykristallines Eis. Die Ergebnisse für Eisgeschwindigkeiten, Temperatur und Mächtigkeit sind daher Lösungen von Randwertproblemen. Die numerischen Modelle nutzen Diskretisierungen des mathematischen Modells, entweder durch finite Differenzen oder finite Elemente und damit durch die Wahl des nummerischen Gitters. Finite Elemente sind durch unstrukturierte Gitter ideal für natürliche Geometrien, wie z.B. die Grenzen von Eisschilden, während bei finiten Differenzen strukturierte Gitter verwendet werden, um eine regionale Verfeinerung zu erhalten. Unsere Modelle der Eisdynamik sind zum Teil eigene Entwicklungen wie TIMFD3 und COMice, während andere Modelle in internationalen Kooperationen erstellt werden, wie z.B. PISM, ISSM und SICOPOLIS. Heutzutage sind die Modelle einerseits limitiert durch die Kosten, die bei der Entwicklung entstehen, aber auch eine adequate Auflösung der Modelle ist noch eine Herausforderung. Besondere Herausforderungen sind die Migration der Aufsetzlinie, der Übergang zwischen Inlandeis und schwimmenden Schelfeisen, die Entwicklung der Kalbungsfronten und die Entwicklung von subglazialen Wasserkanälen unter den Eisströmen. Das erfordert häufig auch die Entwicklung von Konzepten zur theoretischen Beschreibung der Prozesse, die daher in numerischen Modellen beschrieben werden. Eismodellierung profitiert sehr von den Konzepten anderer Disziplinen, die von Festkörpermechanik und Flüssigkeitsmechanik bis zur angewandten Mathematik reichen. Außerdem ist die Eismodellierung Teil eines interdisziplinären Felds durch die Interaktion von Ozean und Atmosphäre. Unstrukturiertes Finite Elemente Gitter des grönländischen Eisschildes. (Grafik: Thomas Kleiner, Alfred-Wegener-Institut)

Feldglaziologie Eiskernforschung Eisschild Modellierung Fernerkundung