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
Für unsere Simulationen verwenden wir hauptsächlich unsere hauseigenen Entwicklungen AWI-ESM und AWI-CM. Um alle wichtigen Klimakomponenten wie Landvegetation, die Kryosphäre und die marine Biosphäre in unsere Simulationen einzubeziehen, statten wir bestehende Modellkomponenten mit der Fähigkeit aus, zusätzliche Prozesse zu simulieren. Solche erweiterten Modelle bieten ein Labor für die numerische Simulation verschiedener vergangener Klimata sowie für zukünftige Klimaveränderungen.
Auf der Seite von AWI-CM3 gibt es Kooperationen mit der EC-EARTH-Gemeinschaft, bei denen wir deren Atmosphärenmodell mit AWIs eigenem Ozeanmodell FESOM2 kombinieren und ein neues Modul für dynamische Vegetation implementieren. Im Vergleich zu anderen Klimamodellen, die in der Paläoklimaforschung verwendet werden, berücksichtigen wir als neue Funktion die dynamische Landkryosphäre, um die Darstellung der Eisschilde im Klimasystem zu verbessern, simulieren stabile Wasserisotope für ein besseres Verständnis des hydrologischen Kreislaufs und erstellen eine sehr hohe räumliche Auflösung, um die Darstellung ehemals parametrisiert er Prozesse zu verbessern.
Beispiele aus unserer Arbeit:
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:
- Stabile Wasserisotope in AWI-ESM-wiso
- Stabile Wasserisotope während des letzten Interglazials
- Glaziales Kohlenstoff-13
Dynamische Systemtheorie und konzeptionelle Modelle
In Ergänzung zu unserer Arbeit mit komplexen Klimamodellen verwenden wir statistische Datenanalysen und entwickeln vereinfachte sowie konzeptionelle 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.
Darüber hinaus 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:
