Ziel des Projekts ist die Verbesserung der Genauigkeit der Simulation planetarer Wellen über dem Atlantik und der deterministischen Vorhersagbarkeit der Witterung über Europa. Dieses Ziel soll durch die explizite Simulation der meso-beta Skalen der atmosphärischen Dynamik in der Entwicklungsregion stark wachsender Rossbywellenzüge erreicht werden. Die Veränderungen in der Dynamik sollen statistisch untersucht und die Relevanz der meso-beta Skalen für die dekadische Vorhersage in Europa quantifiziert werden. Auf diese Weise sollen Beiträge zum Verständnis der Mechanismen der interannuellen bis dekadischen Vorhersagbarkeit geleistet werden. Zunächst sollen die Modellkomponenten des operationellen Systems von MiKlip, ECHAM und COSMO-CLM, evaluiert und eine gekoppelte Version entwickelt werden. Die Ergebnisse der klassisch genesteten COSMO-CLM und der gekoppelten Simulationen sollen mit der Referenzlösung des ECHAM, den Beobachtungen und miteinander verglichen werden. Die Veränderungen der Dynamik und insbesondere der Entwicklung von außertropischen Stürmen und Zyklonen sollen speziell untersucht werden. Es ist vorgesehen, die Einflussfaktoren auf die Vorhersagbarkeit zu untersuchen, insbesondere die räumliche Auflösung des Regionalmodells und des Ozeans. Gegebenenfalls soll die Performance der gekoppelten Version optimiert, die relevanten Modellentwicklungen dokumentiert und in das operationelle Vorhersagesystem integriert werden.
Für das Gesamtziel der PalMod Maßnahme ist nötig, mehrere Modell-Jahrhunderte an einem Tag simulieren zu können. Eine effiziente Implementierung des MPI-ESM Modells ist daher notwendig, um diese Durchsatzrate erzielen zu können. Dafür werden im Projekt bestehende Schwachstellen in den einzelnen Modellkomponenten behoben und neue bzw. angepasste Algorithmen entwickelt, die eine Performancesteigerung versprechen. Neben passenden numerischen Verfahren sollen auch neue Hardware Architekturen auf einen potentiellen Performancegewinn hin untersucht und das Modell dementsprechend portiert werden. Es werden in diesem Teilprojekt zunächst Funktionen im Klimamodell MPI-ESM (vor allem in der Atmosphärenkomponente ECHAM) untersucht, die Performance-relevant sind sich durch Interpolation (anstatt exakter Auswertung) beschleunigen lassen. Neue entsprechende Interpolationen werden ggfs. entwickelt, implementiert und in das MPI-ESM integriert. Auf Basis der bisherigen Erfahrungen werden performance-relevante Modellteile auf Hardwarebeschleuniger wie Grafikkarten und Xeon-Phi-Prozessoren portiert und der Performancegewinn untersucht. Ggfs. werden die angepassten Programmcodes in die aktuelle Version des Models MPI-ESM (bzw. ECHAM) integriert.
Der Okavango-Fluss entspringt im zentralen Hochland Angolas und mündet in Botsuana im größten Binnendelta der Welt. Er ist die zentrale Lebensader für ein Mosaik aus Waldsavannen und ausgedehnten Feuchtgebieten. Klimawandel, Bevölkerungswachstum und Übernutzung bedrohen das gesamte Ökosystem. Als Folge davon kommt es zu erheblichen Konflikten um Land- und Wassernutzung. Das Projekt 'The Future Okavango' (TFO) hat zum Ziel, das Land- und Ressourcenmanagement in den betroffenen Regionen zu verbessern.
Die globale Umwälzbewegung (GOC) ist zentral für die Verteilung von Wärme und Kohlenstoff und spielt eine wichtige Rolle für das globale Klima. In AGULHAS-I wurde die regionale und globale Bedeutung des Agulhasstromsystems mit Ozeanmodellen untersucht. Die hier geschlussfolgerten Variabilitäten auf bis zu multi-dekadischer Zeitskala bedingen für eine weitere Untersuchung den Betrieb von gekoppelten Atmosphäre-Ozeanmodellen. AGULHAS-II konzentriert sich auf die Entwicklung und den Betrieb eines gekoppelten Ozean-Atmosphäre Systems für die Untersuchung großskaliger Einflüsse und Untersuchungen zum regionalen Klima im südlichen Afrika. Experimente mit dem gekoppelten Modell FESOM-ECHAM werden mit einer analogen Konfiguration auf Basis des Nesting-Ansatzes verglichen. Außerdem wird die Bildung und Ausbreitung von Zwischenwassermassen in die 'Benguela Boundary Upwelling Systems' untersucht. Als erster Schritt wird die existierende Ozeankonfiguration FESOM mit der aktuellen Version 6.3 des Atmosphärenmodells ECHAM gekoppelt (Meilenstein A1, Q2/2017). Ein erster Kontrolllauf soll unter präindustriellem CO2 Antrieb durchgeführt werden. Der Fokus ist dabei auf dem mechanistischen Verständnis, z.B. dem Einfluss des Agulhas leakage auf die Nordatlantische Zirkulation und die entsprechenden Wärme- und Frischwasserflüsse. Dedizierte Sensitivitätsexperimente werden durchgeführt. Die Klimasimulationen '20th/21st' (Meilenstein A2, Q1/2018) sollen dann die Frage untersuchen, welche Rolle die Agulhas leakage unter sich ändernden Klimabedingungen spielt. Augenmerk wird gelegt auf die Verschiebungen und Intensitätsänderungen der südhemisphärischen Westwinde und ob die Erhöhung des Agulhas leakage abschwächende Trends der Nordatlantischen Zirkulation in Folge einer Aussüßung im subpolaren Nordatlantik ausgleichen kann.
Die Agulhasstromsystem südlich von Afrika ist ein entscheidendes Glied in der globalen Umwälzbewegung und beeinflusst daher das globale Klima. Die Komplexität des Systems erfordert, dass eine realistische Simulation des Agulhasstromsystems nur mit hochauflösenden Modellen möglich ist. Darüber hinaus erfordert die Einbettung des Systems in die globale Zirkulation auf (multi) dekadischen Zeitskalen die Einbeziehung von gekoppelten Ozean-Atmosphären-Wechselwirkungen. Dieses Projekt kombiniert hohe ozeanische Auflösung mit aktiver Atmosphärendynamik mit Hilfe eines Nesting-Ansatzes. Diese Koppelung ermöglicht die Untersuchung Einflusses des Agulhasstromsystems auf die globale Umwälzbewegung auf dekadischen und multidekadischen Zeitskalen. Die existierende Ozeankonfiguration INALT01 wird mit der aktuellen Version 6.3 des Atmosphärenmodells ECHAM gekoppelt. Dieses geschieht in enger Abstimmung mit dem Partner AWI. Ein erster Kontrolllauf soll unter präindustriellem CO2 Antrieb durchgeführt werden. Dedizierte Sensitivitätsexperimente helfen, das mechanistische Verständnis, z.B. den Einfluss des Agulhas leakage auf die Nordatlantische Zirkulation, zu untersuchen. 'Global Warming' Simulationen sollen dann die Frage untersuchen, welche Rolle die Agulhas leakage unter sich ändernden Klimabedingungen spielt. Das in der ersten Phase entwickelte 1/20° Ozeanmodell INALT20 bleibt ein wichtiger Bestandteil für die Untersuchung der kleinskaligen und küstennahen Prozesse.
Mittels des dreidimensionalen dynamisch chemischen Zirkulationsmodells ECHAM fuer Troposphaere und untere Stratosphaere soll abgeschaetzt werden, wie sich die Ozonschicht unter Annahme verschiedener Emissionsszenarien und natuerlicher Einfluesse wie Vulkanausbruechen veraendert (Leitthema Prognosefaehigkeit). Der Schwerpunkt unseres Beitrages liegt in der Weiterentwicklung und Analyse des Modellteils, der die heterogene Chemie beschreibt, sowie beim Vergleich der Rechnungen fuer die gegenwaertige Atmosphaere mit UARS/HALOE Satellitendaten. Untersucht werden soll die Sensitivitaet des Modellozons auf die verschiedenen Zustaende der stratosphaerischen Partikel (z B PSCs). Da es hierzu auf moeglichst gute Berechnung der Temperatur und des Wasserdampfes ankommt, sollen Studien mit verfeinerter vertikaler und horizontaler Aufloesung durchgefuehrt werden, einschliesslich solcher mit vollstaendiger Koppelung von Ozon- und Temperaturberechnung sowie Belastbarkeitsanalyse.
Wir wollen den Einfluss des atmosphaerischen CO2-Anstiegs auf den Wasserhaushalt in Europa bis zum Jahr 2050 untersuchen. In frueheren Projekten, die durch das BMBF und die EU gefoerdert wurden, haben wir ein generisches, mechanistisches Modell zur Beschreibung der Einfluesse von Wetter, Bodenfeuchte, Kohlendioxidkonzentration u.a. auf die Oeffnungsweite der Stomata von Pflanzen entwickelt. Dieses Modell haben wir fuer wichtige funktionale Typen von Pflanzen aus verschiedenen Vegetationsformationen der Erde auf einer Reihe von Messkampagnen in Europa und Suedamerika parametrisiert. In Koppelung mit dem High-Resolution Biosphere Model, einem in unserer Arbeitsgruppe entwickelten Vegetationsmodell fuer biogeochemische Stoffkreislaeufe, wird die Stomatakonduktanz mittels der modellierten Blattflaechen und Bestandeshoehen auf Pflanzenbestaende skaliert. Mittels Wetterdaten aus dem Klimamodell ECHAM2 und CO2-Szenarien der Periode 1990-2050 treiben wir die gekoppelten Modelle an und erzeugen fuer diesen Zeitraum hochaufgeloeste Werte der Bestandeskonduktanz fuer Europa und die anderen Kontinente, die dann wieder in das Klimamodell einfliessen (wechselseitige Off-line-Koppelung). Die Empfindlichkeit des Wasserkreislaufs auf CO2-Aenderungen zeigt sich im Vergleich mit Ergebnissen von Landoberflaechen-Parametrisierung in bisherigen Klimamodellen. Die regionalen Ergebnisse fuer Europa werden aus geooekologischer, forstwissenschaftlicher und agrarwissenschaftlicher Sicht bewertet und als Basis fuer politische Entscheidungen aufgearbeitet.
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