Herausragende Bachelorarbeit zur Ozeanmodellierung

Die Forschungseinheit Maritime Meteorologie untersucht das Erdklima, für das der Ozean eine entscheidende Rolle spielt. Dafür werden hochauflösende Computermodelle genutzt, um Strömungen und Wirbel zu simulieren und zu analysieren, wie der Ozean auf atmosphärische Einflüsse reagiert. Je feiner die Auflösung sein soll, desto mehr Rechenleistung wird benötigt, womit auch die Kosten steigen. Es geht also immer auch darum, die Auflösung zu finden, die fein genug und zugleich hinreichend realistisch ist.

Für seine Bachelorarbeit hat Lasse Kummer, Absolvent des Bachelorstudiengangs Physik des Erdsystems an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), am Ozeanmodell NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) untersucht, wie sich unterschiedliche Auflösungen auf die Darstellung der Ozeanzirkulation auswirken. Dabei lag sein Fokus auf kleineren Strukturen – den Ozeanwirbeln und westlichen Randströmen im Nordatlantik –, die für die Genauigkeit der Modelle entscheidend sind. Kummer analysierte in fünf Modellexperimenten, wie eine idealisierte Doppelwirbel-Zirkulation bei verschiedenen Auflösungen dargestellt wird. Seine Ergebnisse fasste er in seiner Bachelorarbeit mit dem Titel „Representation of double-gyre circulations in ocean models of varying horizontal resolutions“ (Darstellung von Doppelgyrus-Zirkulationen in Ozeanmodellen mit unterschiedlicher horizontaler Auflösung) zusammen.

Für seinen insgesamt hervorragenden Bachelor-Abschluss wurde der Nachwuchswissenschaftler heute mit dem Otto-Krümmel-Förderpreis der Gesellschaft zur Förderung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel e.V. ausgezeichnet. Der Preis ist mit 1500 Euro dotiert und wird je zur Hälfte von der Fördergesellschaft und der Reederei Briese gestiftet.

„Die Arbeit von Herrn Kummer zeigt, dass Studierende schon früh in ihrer akademischen Laufbahn herausragende wissenschaftliche Leistungen erbringen können“, sagte Dr. Peter Gimpel, Vorsitzender der Fördergesellschaft. „Mit dem Otto-Krümmel-Förderpreis möchten wir dies würdigen und den Bachelor-Abschluss, der in den Naturwissenschaften oft noch zu wenig Beachtung findet, ins Rampenlicht rücken.“

„Der Otto-Krümmel-Förderpreis ist eine großartige Anerkennung für junge Forschende“, sagte GEOMAR-Direktorin Professorin Dr. Katja Matthes. „Wir verleihen ihn im Rahmen unseres Zentrums-internen Science Days und lassen ihn bewusst Teil unseres wissenschaftlichen Austausches werden.“ An den Ausgezeichneten gewandt, sagte sie: „Dieser Preis würdigt Ihre herausragende Leistung, und ich hoffe, er motiviert Sie, ihren wissenschaftlichen Weg mit Begeisterung fortzusetzen.“

Lasse Kummer hat seit 2020 die Physik des Erdsystems an der CAU studiert und strebt nun den Master in Climate Physics an. Seine Abschlussarbeit schrieb er in der Forschungseinheit Maritime Meteorologie im Forschungsbereich Ozeanzirkulation und Klimadynamik am GEOMAR. Betreut wurde er dabei von Dr. Malin Ödalen und Professor Dr. Joakim Kjellsson. Letzterer zeigte sich beeindruckt: „Neben der Umsetzung aller geplanten Aufgaben hat Lasse zusätzliche Analysen durchgeführt, um die Realitätsnähe der Simulationen zu überprüfen. Seine Ergebnisse helfen uns, die Schwächen einiger unserer aktuellen Konfigurationen zu verstehen und zeigen auch, was wir erwarten können, wenn wir mehr Rechenleistung aufwenden, um feinere Gitterauflösungen zu erreichen.“

Ziel war nicht, ein möglichst realistisches Modell zu schaffen, sondern die Effekte verschieden hoher Auflösungen zu untersuchen. Kummer stellte fest, dass mit zunehmender Auflösung immer mehr turbulente Strömungen auftreten, die die allgemeine Zirkulation beeinflussen. Besonders auffällig sind größere Wirbel, die die Richtung der Strömungen ändern und den Wärmetransport im Ozean beeinflussen. Eine höhere Auflösung kann daher zum Beispiel die jährliche Variabilität des Wärmetransports besser abbilden.

Niedriger aufgelöste Modelle liefern hingegen zwar weniger realistische Ergebnisse, sind aber mathematisch einfacher zu verstehen und zu beschreiben. Durch die mathematische Einfachheit kann das Modell trotz seiner Unvollkommenheit dazu beitragen, ein tieferes Verständnis der grundlegenden Mechanismen zu entwickeln, die auch in komplexeren Modellen relevant sind.

„Die von Lasse geschriebenen Skripte zur Analyse wurden bereits von Forschenden verwendet, um andere Simulationen zu analysieren, und sie werden auch zukünftig ein wertvolles Werkzeug sein“, sagte Joakim Kjellsson anerkennend und fügte hinzu: „Ein Kollege brachte es auf den Punkt, als er mich fragte, ob dies eine Masterarbeit sei – nein, es ist eine Bachelorarbeit, eine ganz hervorragende!“

Über den Otto-Krümmel-Förderpreis:

Die Gesellschaft zur Förderung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel e.V. vergibt seit 2016 jährlich den Otto-Krümmel-Förderpreis. Der Preis zeichnet herausragende Bachelor-Abschlüsse auf dem Gebiet der Ozeanforschung aus. Bewerben können sich Wissenschaftler:innen, deren Bachelor-Abschluss nicht länger als ein Jahr zurückliegt, an einer deutschen Hochschule absolviert und mit der Note „herausragend“ oder „sehr gut“ bewertet wurde. Eingeladen sind alle Disziplinen der Meeresforschung, einschließlich der Meerestechnik. Die Auswahl der Preisträger:innen erfolgt durch ein unabhängiges Komitee, das auch externe Wissenschaftler:innen einbezieht. Der Preis ist mit 1500 Euro dotiert, die je zur Hälfte von der Fördergesellschaft und der Reederei Briese gestiftet werden.

Über Otto Krümmel:

Professor Dr. Otto Krümmel (1854-1912) gilt als Begründer der Allgemeinen Ozeanographie in Deutschland. Er lehrte und wirkte hauptsächlich in Kiel. Krümmels Vorstellungen über die Struktur des Meeresbodens waren bahnbrechend. Sein Werk umfasst rund 100 Veröffentlichungen, die nahezu alle Bereiche der allgemeinen Geographie, Ozeanographie und hydrographischen Messtechnik abdecken. Mit seiner interdisziplinären Forschung fand er internationale Anerkennung und setzte sich gemeinsam mit anderen Forschenden für die internationale Zusammenarbeit in der Meeresforschung ein. Diese Bemühungen führten 1902 zur Gründung des „Internationalen Rates für Meeresforschung“, einer staatlich koordinierten wissenschaftlichen Vereinigung.