Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Ein hybrides Meereismodell zur Messung des Einflusses der Kopplung von Meereis-Ozean-Atmosphäre auf der Skala von Meereisschollen auf die antarktische Meereisverteilung

Description: Eine Reihe von Mechanismen wurden benannt, um die Abnahme und Zunahme der Meereisausdehnung im Südpolarmeer in den letzten Jahren zu erklären. Aber die Prozesse, die diese Entwicklung antreiben, sind bis jetzt noch nicht umfassend verstanden. Die Simulation des antarktischen Meereises in aktuellen Klimamodellen bleibt ein grundlegendes Problem. Es gibt einige Hinweise darauf, dass das Problem, neben der Formulierung von atmosphärischen und ozeanischen Prozesse, auch auf die Beschreibung der Meereisphysik im Südpolarmeer zurückzuführen ist. Obwohl ein großer Teil der gegenwärtigen Meereisbedeckung im Südlichen Ozean aus einer marginalen Eiszone besteht, lösen kontinuumsmechanische Meereismodelle die Meereisschollen normalerweise weder auf, noch parametrisieren sie dieses Regime und vernachlässigen somit wichtige Rückkopplungen zur Vorhersage von Klima und Wetter. Darüber hinaus ist die Anwendung von kontinuumsmechanischen Meereismodellen auf, oder unterhalb der Skala einzelner Schollen fragwürdig, da die zugrunde liegende Kontinuumsannahme dieser Meereismodelle wahrscheinlich nicht gegeben ist. In diesem Projekt möchten wir die Defizite der derzeitig verwendeten kontinuumsmechanischen Meereismodelle adressieren, indem wir ein hybrides Meereismodell entwickeln, das die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean bis zur Schollenskala explizit beschreibt. Das hybride Modell bietet einen nahtlosen Ansatz zur Vorhersage des Meereises, der von der Simulation einzelner Meereisschollen in der marginalen Eiszone bis hin zur Darstellung des Packeises reicht. Unser hybrides Modell, das Partikel- mit Kontinuumsmethoden kombiniert, wird zu einem besseren Verständnis und einer besseren Vorhersage des antarktischen Klimasystems beitragen, indem es Kopplungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean bis hin zu einer Schollenskala explizit miteinbezieht. Kleinskalige Prozesse, die sich auf einzelne Schollen beziehen, sind für das polare Klima wichtig, aber ihre Parametrisierung in kontinuumsmechanischen Meereismodellen bleibt eine offene Forschungsfrage.Um den Einfluss der schollenskaligen Wechselwirkungen auf die Entwicklung der Meereisbe-deckung im Südlichen Ozean zu analysieren, werden wir ein Diskretes-Elemente-Modell entwickeln, das auf der Beschreibung von DESIgn und dem Princeton-DEM basiert, und es in die kontinuumsmechanische Meereisformulierung im Klimamodell ICON einbetten. Unser Ziel ist, die Interaktion von Meereisschollen explizit in einem Teilgebiet wie der marginalen Eiszone darzustellen, denn es hat sich gezeigt, dass die Schollengrößenverteilung das simulierte Meereisvolumen signifikant beeinflusst. In Regionen, in denen eine hohe räumliche Auflösung nicht erforderlich ist, verwenden wir zur Simulation des Meereises das kontinuumsmechanische Modell, das ein geeigneter, recheneffizienter Ansatz ist, um die Meereisentwicklung auf großen Skalen und mit niedriger Auflösung zu beschreiben.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Scholle ? Baumstamm ? Eisbedeckung ? Arktisches Meereis ? Antarktis ? Meereis ? Atmosphärenmodell ? Evolution ? Klimamodell ? Meeresströmung ? Simulationsmodell ? Vergleichsanalyse ? Wettervorhersage ? Wirkungsforschung ? Meeresgewässer ? Modellierung ? Kryosphäre ? Wirkungsmodell ? Antarktisforschung ? Atmosphäre ? Partikel ? Wetter ? Südlicher Ozean ? Klimasystem ? Bram-Verfahren ? Größenverteilung ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Betreiber*in)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: A hybrid sea ice model to estimate the impact of sea ice-ocean-atmosphere coupling at the floe scale on the Antarctic sea ice evolution
  Description: A number of mechanisms have been proposed to explain the decrease and increase of the Antarctic sea ice extent in the recent years. But the processes that drive this evolution are not well understood. The simulation of Antarctic sea ice in current climate models remains a fundamental problem and the reason for this shortcoming is a current research question. But there is some evidence that this stems, in addition to the formulation of atmospheric and oceanic processes, also from the description of the sea ice physics in the Southern Ocean. Even though much of the current sea ice cover in the Southern Ocean resembles a marginal ice zone, continuum sea ice models usually do not resolve sea ice floes nor parameterize this regime and neglect important feedbacks on climate and weather. Furthermore, the application of continuum sea ice models at or below the resolution of individual floes is questionable as the underlying continuum assumption of those sea ice models likely breaks down. In this proposal we will address these shortcomings of current continuum sea ice models used in climate models by developing a hybrid sea ice model, that explicitly describes atmosphere, sea ice and ocean interactions up to the floe scale. The hybrid approach provides a seamless model framework to predict the sea ice state, ranging from interacting sea ice floes in the marginal ice zone up to pack ice. The development of new numerical models and their validation to improve the understanding of Polar Processes and Mechanisms is a central aspect of the current call. Our hybrid model, which combines particle with continuum methods, will contribute to a better understanding and prediction of the Antarctic climate system by explicitly including coupling and feedbacks between atmosphere, sea ice and ocean at the floe scale. Small scale processes related to individual floes are important to the polar climate, but their parameterization in continuum sea ice models remains a research question.To understand the impact of floe scale interactions on the evolution of the sea ice cover in the Southern Ocean, we will develop a Discrete Element sea ice model, based on the description of DESIgn and the Princeton DEM, and nest it into the continuum sea ice formulation in the climate model ICON. Our goal is to explicitly simulate discrete sea ice floes in a subdomain of interest such as the marginal ice zone. In regions where a high spatial resolution is not required, the simulation is based on the continuum model, which is a suitable, computational efficient, approach to describe the sea ice evolution at large scales and low resolutions. Using the hybrid approach, we will explicitly take the floe size distribution into account, which significantly impacts the simulated sea ice volume. Finally, owing to the particle approach used in the hybrid sea ice model, this project opens a pathway towards exascale sea ice modeling, including the possible use of GPUs. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118347

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