Modellierung
Das Klima der Erde ist durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen den Ozeanen, der Atmosphäre, dem Meeres- und Landeis, der Vegetation, den biogeochemischen Kreisläufen und dem Einfluss externer Faktoren gekennzeichnet. Die Rückkopplungen zwischen den verschiedenen Klima-Subsystemen und die Variabilität des Klimasystems auf verschiedenen Zeitskalen sind nur teilweise verstanden.
Die Klimamodellierung ist ein nützliches Instrument, um Variabilität und Rückkopplungen systematisch zu untersuchen. Die Leistung und Empfindlichkeit von Klimamodellen kann anhand von instrumentellen Beobachtungen und Paläorekonstruktionen überprüft werden. Unsere Modellierungsbemühungen decken ein breites Spektrum von Klimaschwankungen auf saisonalen, zwischenjährlichen, mehrdekadischen und hundertjährigen Zeitskalen in der Vergangenheit, der Gegenwart und dem zukünftigen Klima ab, wobei natürliche und anthropogene Einflüsse berücksichtigt werden.
Klimamodelle
- gekoppelte Atmosphäre/Ozean Modelle:
FOCI (ECHAM6/NEMO),
FOCI-OpenIFS (OpenIFS/NEMO) - Lagrangian trajectory code: TRACMASS
- gekoppeltes Erdsystem-Modell: FOCI-ESM (ECHAM6/NEMO/MOPS/JSBACH)
- mittleres-komplexes Erdsystem-Modell: UVic ESCM
The Flexible Ocean and Climate Infrastructure (FOCI)
Im Forschungsbereich 1 des GEOMAR wurde in den letzten Jahren mit erheblichem Aufwand die Entwicklung eines gemeinsamen gekoppelten Ozean-Atmosphären-Klimamodellsystems vorangetrieben. Ziel ist es alle aktuellen und zukünftigen Forschungsaktivitäten unter eine gemeinsamen Infrastruktur (flexible Ozean-Klima Infrastruktur, engl. Flexible Ocean Climate Infrastructure - FOCI) zu betreiben. FOCI ist eine Weiterentwicklung des seit mehr als 10 Jahren bestehenden Kieler Klimamodells (Kiel Climate Model, KCM). Die erste Version von FOCI, FOCI1, wird bereits in aktuellen Forschungsprojekten verwendet. FOCI1 setzt sich aus den folgenden Komponenten zusammen:
Atmosphäre
Zur Simulation der Zirkulation in der Atmosphäre wird zur Zeit ECHAM6 verwendet. ECHAM6 wurde am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg entwickelt. Gegenüber des im Kieler Klimamodell verwendeten ECHAM5 Modells wurden vor allem das Schema zum Berechnung der Wechselwirkung der (solaren) Einstrahlung mit der Atmosphäre modernisiert.
Neben der Standardversion von ECHAM6 kann bei Bedarf auch eine Version von ECHAM6 mit interaktiver Berechnung der Aerosole und/oder chemischer Prozesse verwendet werden (ECHAM6-HAMMOZ). Diese Version wird z.B. in Studien zur Variabilität des Ozonlochs und wie sich der Klimawandel auf die Erholung der Ozonschicht in der Zukunft auswirkt, verwendet. In den meisten aktuellen Studien werden ECHAM6 und ECHAM6-HAMMOZ mit einer horizontalen Auflösung von 1.8° und 95 vertikalen Schichten verwendet. Dadurch wird auch in der Stratosphäre eine hohe vertikale Auflösung erreicht, so das wichtige dynamische Prozesse wie die quasi-zweijährige Schwingung (quasi-biennial Oscillation, QBO) realistisch simuliert werden können.
Aufgrund der verwendeten numerischen Methoden in ECHAM6 lässt sich ECHAM6 nicht effizient mit horizontalen Auflösungen über 1° betreiben. Um Klimasimulationen, die eine höhere horizontale Auflösung erfordern, durchführen zu können, kann anstelle von ECHAM6 in FOCI das Atmosphärenmodell OpenIFS für Modellsimulationen, die eine hohe Auflösung der Atmosphäre erfordern, verwendet werden. Bei OpenIFS handelt es sich um eine für lange Klimasimulationen optimierte Version des operationellen Wetterprognosemodells des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) welches im Gegensatz zu ECHAM6 auch bei hohen horizontalen Auflösungen effizient arbeitet.
Ozeanmodell
Als Ozeankomponente kommt das europäischen Community-Modell NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) zum Einsatz. In der Grundkonfiguration verwendet NEMO innerhalb von FOCI ein tripolares Gitter mit etwa 0.5° horizontaler Auflösung und 46 Schichten in der Vertikalen. Je nach Fragestellung kann innerhalb von NEMO die horizontale Auflösung regional verfeinert werden um kleinskalige (Wirbel-)Phänomen überhaupt erst darstellen zu können. Weitere Details hierzu finden sich auf den Seiten zur Ozeanmodellierung am GEOMAR.
Zur Berücksichtigung biologisch-chemischer Prozesse im Ozean wird zur Zeit das in der Abteilung Biogeochemische Modellierung entwickelte MOPS-Modell (Model of Oceanic Pelagic Stoichiometry) in NEMO integriert.
Personen: Sebastian Wahl
