Projekte

Abgeschlossene Projekte 

Das von der DFG geförderte Projekt CAP7 unterstützt die Fast-Track-Phase von CMIP7, die entscheidend für die Bereitstellung von Erkenntnissen für den nächsten IPCC-Bericht ist. Durch die Weiterentwicklung der fortschrittlichen Klima- und Erdsystemmodelle ICON, AWI-CM3 und AWI-ESM3 stärkt CAP7 den deutschen Beitrag zu globalen Klimaprojektionen. Diese Modelle sind speziell auf die Anforderungen von CMIP7 abgestimmt, führen DECK-Simulationen durch und ermöglichen emissionsgetriebene Projektionen, um die Auswirkungen von Treibhausgasen genauer zu verstehen. Darüber hinaus wird CAP7 das Earth System Model Evaluation Tool (ESMValTool) verbessern, um eine robuste Analyse sicherzustellen und qualitativ hochwertige Klimaprojektionen bereitzustellen, die das internationale Verständnis des Klimawandels fördern.

Laszlo Hunor Hajdu | Jan Streffing | Nadine Wieters

Der digitale Zwilling zur Anpassung an den Klimawandel (Climate DT) ist ein bahnbrechendes Projekt, das darauf abzielt, die Art und Weise zu transformieren, wie Informationen über den Klimawandel bereitgestellt werden, um die komplexen Herausforderungen einer sich erwärmenden Welt zu bewältigen. Im Rahmen der EU-Initiative Destination Earth erstellt der Climate DT mehrjährige, hochauflösende Klimaprojektionen, die dank der leistungsstarken Pre-Exascale-Supercomputer des European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) regelmäßig aktualisiert werden. Durch die Bereitstellung global konsistenter Daten zu den Auswirkungen des Erdsystems auf Kilometerskala verkürzt der Climate DT die traditionellen Klimaprojektionszyklen von 7 bis 10 Jahren auf jährliche oder sogar schnellere Updates. Darüber hinaus bietet er maßgeschneiderte Simulationen, um „Was-wäre-wenn“-Szenarien zu untersuchen und fundierte Entscheidungen für die Anpassung an den Klimawandel zu unterstützen, wodurch die Ziele des Europäischen Grünen Deals vorangetrieben werden.

Mohammed Hussam Al Turjman | Miguel Andrés-Martínez | Sebastian Beyer | Thomas Jung | Himansu Kesari Pradhan | Jessica Kegel |Nikolay Koldunov | Ivan Kuznetsov | Amal John | Dimitry Sidorenko | Jan Streffing | Silva Ruppert | Jan Wehner

Gefördert durch das EU-Programm Horizon Europe wird EERIE die Rolle der Ozean-Mesoskalenprozesse bei der Gestaltung der Klimatrajektorie im Zeitraum von saisonalen bis hin zu jahrhundertlangen Zeitskalen aufdecken und quantifizieren. Zu diesem Zweck wird EERIE eine neue Generation von Erdsystemmodellen (ESMs) entwickeln, die in der Lage sind, ein entscheidend wichtiges, aber bislang unerforscht gebliebenes Regime des Erdsystems – die Ozean-Mesoskala – explizit darzustellen. Mit den neuesten wissenschaftlichen und technologischen Fortschritten wird EERIE die Fähigkeit solcher ESMs erheblich verbessern, die Jahrhundert-skalige Entwicklung des globalen Klimas treu abzubilden, insbesondere seine Variabilität, Extreme und wie Kipppunkte sich unter dem Einfluss der Ozean-Mesoskala entwickeln könnten.

Jan Gärtner | Rohit Ghosh | Jana Görner | Nora Lawo | Thomas Jung (coordinator) | Nikolay Koldunov | Kacper Nowak

Das HClimRep-Projekt, gefördert von der Helmholtz-Gemeinschaft, hat das Ziel, die Klimavorhersage zu revolutionieren, indem es eines der ersten KI-Fundamentmodelle für die Klimaforschung entwickelt. Dieses fortschrittliche Modell integriert Daten aus der Atmosphäre, dem Ozean und dem Meereis, um eines der weltweit präzisesten Werkzeuge für Wetter- und Klimasimulationen zu schaffen. Auf dem ersten Exascale-Computer Europas trainiert, wird das Deep-Learning-Modell von HClimRep mit Milliarden von Parametern in der Lage sein, komplexe „Was-wäre-wenn“-Experimente durchzuführen, unser Verständnis der Klimadynamik zu vertiefen und schnelle, präzise Projektionen zu liefern. Diese Innovation hat das Potenzial, die Auswirkungen des Klimawandels sichtbarer zu machen und somit bessere Strategien zur Bekämpfung und Milderung seiner Folgen zu ermöglichen.

Thomas Jung | Nikolay Koldunov | Kacper Nowak

nextGEMS ist ein europäisches Kooperationsprojekt, das im Rahmen des EU-Programms Horizon 2020 gefördert wird und Expertise aus vierzehn Nationen vereint, um zwei Erdsystemmodelle der nächsten Generation zu entwickeln, die sturmauflösende Simulationen ermöglichen (ICON und IFS-FESOM). Diese Modelle, mit einem hochauflösenden Gitter, das in der Lage ist, Stürme, ozeanische Wirbel und Eisprozesse explizit abzubilden, stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Klimamodellierung dar. Durch die Bereitstellung bislang unerreichter Simulationsrealität wird nextGEMS es Wissenschaftlern ermöglichen, globale und regionale Klimaveränderungen präziser zu projizieren, einschließlich zukünftiger Wetterphasen und extremer Ereignisse. Dieser innovative Ansatz überwinden langjährige Einschränkungen herkömmlicher Modelle und ebnet den Weg für verlässlichere und physikalisch fundierte Klimaprognosen.

Thomas Jung | Aleksei Koldunov | Nikolay Koldunov | Dmitry Sein

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WarmWorld, das vom BMBF gefördert wird, hat das Ziel, die Erdsystemmodellierung zu revolutionieren, indem es Fortschritte in der Informationstechnologie nutzt, um Klimatrajektorien auf Kilometerskala zu berechnen und zu bewerten. Aufbauend auf einem ICON-basierten Erdsystemmodell (SR-ESM), das Stürme und Wirbel auflöst, sowie dessen Simulationspendant IFS-FESOM, wird WarmWorld innovative Arbeitsabläufe entwickeln, um projizierte Klimatrajektoriendaten für Nutzergemeinschaften zugänglicher und transparenter zu machen. Gleichzeitig wird es die Harmonisierung nationaler und internationaler Bemühungen unterstützen, um die hochwertigsten Klimainformationen bereitzustellen, zu teilen, daraus zu lernen und anzuwenden.

Suvarchal Cheedela | Thomas Jung | Svetlana Loza | Dmitry Sidorenko

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Das Joint Lab Exascale Earth System Modelling (JL-ExaESM) fördert Exascale-Simulationen und Datenmanagement, um Durchbrüche in der Modellierung von Klimawandel und Extremwetterereignissen sowie deren gesellschaftlichen und ökologischen Auswirkungen zu erzielen. Durch die Förderung der Co-Design-Kollaboration zwischen Computer- und Fachwissenschaftlern geht JL-ExaESM zentrale wissenschaftliche und methodische Herausforderungen in der Erdsystemwissenschaft an und nutzt Exascale-Supercomputing für Simulationen und Datenanalysen. Die Initiative integriert moderne IT-Konzepte wie flexible Zeitplanung und föderiertes, hierarchisches Datenmanagement, um die Modellflexibilität zu erhöhen und die Lösungszeiten über die gesamte Kette von Simulation und Datenanalyse zu verkürzen. Wissenschaftler aus neun Helmholtz-Institutionen arbeiten in zwei zentralen Bereichen zusammen: Exascale-Code-Skalierbarkeit und Exascale-Workflow-Skalierbarkeit für Anwendungen der Erdsystemmodellierung.

Suvarchal Cheedela | Thomas Jung | Dmitry Sidorenko 

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TerraDT ist ein bahnbrechendes Digital-Twin-Projekt, das darauf abzielt, unser Verständnis darüber zu erweitern, wie Gletscher, Meereis, Vegetation und Aerosole das Klima der Erde beeinflussen. Durch die Bereitstellung hochauflösender Bewertungen der Klimawirkungen wird es konkrete Entscheidungsinstrumente für die lokale Planung bieten, wie beispielsweise die Bestimmung optimaler Standorte für Schifffahrtsrouten, Parks und andere Infrastrukturen. Das Projekt wird die fortschrittlichsten Supercomputer Europas nutzen, um eine bisher unerreichte Modellierungsgenauigkeit zu erzielen.

Nikolay Koldunov 

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TRR181 ist ein von der DFG gefördertes Projekt über Energieübertragungen in der Atmosphäre und dem Ozean.

Die Energie eines geschlossenen Systems bleibt konstant. Sie geht nicht verloren, sondern wird in andere Formen umgewandelt, wie zum Beispiel, wenn kinetische Energie in thermische Energie übergeht oder umgekehrt, wobei Wärme eine Kraft erzeugt.

Dieses grundlegende Prinzip der Naturwissenschaften stellt jedoch oft noch eine Herausforderung für die Klimaforschung dar. Ein Beispiel dafür ist die Berechnung von Meeresströmungen, bei denen kleine Wirbel und die von ihnen induzierten Mischprozesse berücksichtigt werden müssen, ohne vollständig zu verstehen, woher die Energie für ihre Entstehung stammt. Ähnlich verhält es sich in der Atmosphäre, mit dem Unterschied, dass hier Luft statt Wasser in Bewegung ist. Auch hier können lokale Turbulenzen größere Bewegungen antreiben oder umgekehrt können Wellen auf einer größeren Skala in kleine Strukturen zerfallen.

All diese Prozesse sind wichtig für das Klima der Erde und bestimmen, wie sich die Temperaturen in Zukunft entwickeln werden.

Deniz Aydin | Sergey Danilov | Thomas Jung | Stephan Juricke | Nikolay Koldunov | Martin Losch | Dirk Olbers | Patrick Scholz