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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Teilprojekt: MAGIC-DML Messen/Kartieren/Modellieren der antarktischen Geomorphologie und Eisänderung in Dronning-Maud-Land: Die deutsche Eisschild-Modellierungskomponente

Der vorliegende Antrag stellt die zentrale Modellierungskomponente des internationalen Gemeinschaftsprojekts MAGIC-DML, an dem Wissenschaftler aus Schweden, USA, Deutschland, dem Vereinigten Königreich und Norwegen teilnehmen, vor. MAGIC-DML zielt auf die Rekonstruktion von langfristigen Mustern und der zeitlichen Abfolge von Änderungen der Eiserhebung im ostantarktischen Eisschild über Dronning-Maud-Land (DML) ab. Die Modellierungskomponente von MAGIC-DML soll Informationen über vergangene Eisoberflächenhöhen über DML, gewonnen durch Kartierung (Fernerkundung) und absoluten Altersbestimmungen (kosmogene Datierung) glazialer Landformen auf Nunataks, und anderen Gebieten der östlichen Antarktis mit hochaufgelöster Eisschild-Modellierung verknüpfen, um Einblicke in langfristige Veränderungen des ostantarktischen Eisschildes und regionalen Klimas zu erhalten. Im Rahmen unserer numerischen Experimente werden wir eine große Zahl von Klimamodellergebnissen überprüfen und folgende Hypothesen testen:- Die Inland-Regionen des ostantarktischen Eisschildes haben seit dem Pliozän langfristige Reduzierungen der Eishöhen erfahren.- Der Eisschild zog sich zuletzt von seiner maximalen Ausdehnung nach 25 ka (tausend Jahre vor heute) zurück, zu welcher Zeit die Eisoberfläche nahe der Küste mehrere hundert Meter höher war; allerdings war sie nicht höher - und vielleicht sogar niedriger - über den meisten Gebieten des östlichen antarktischen Kontinents. Unser Ansatz, Eisschild-Modellierung mit geochronologischen Daten und klimamodellbasierten Rekonstruktionen zu kombinieren, wird es uns erlauben, den relativen Beitrag des ostantarktischen Eisschildes zu vergangenen Meeresspiegelschwankungen einzugrenzen und Unsicherheiten in vergangenen Klimabedingungen über der Antarktis zu verringern. Als Teil des Vorhabens werden wir die Reaktion des ostantarktischen Eisrandes auf wärmere Klimabedingungen als die heutigen, so wie sie für das Pliozän, den Marinen Isotopenstadien 11c (420 - 400 ka) und 5e (124 -119 ka) rekonstruiert wurden, quantifizieren. Hierdurch können Analogszenarien hinsichtlich der Reaktion des ostantarktischen Eisschildes auf zukünftig zu erwartende Klimaveränderungen dargeboten werden.

Seawater carbonate chemistry and behavioural trait expression of polar invertebrates

Here, we examine the ecosystem ramifications of changes in sediment-dwelling invertebrate bioturbation behaviour—a key process mediating nutrient cycling—associated with nearfuture environmental conditions (+ 1.5 °C, 550 ppm [pCO2]) for species from polar regions experiencing rapid rates of climate change. This dataset is included in the OA-ICC data compilation maintained in the framework of the IAEA Ocean Acidification International Coordination Centre (see https://oa-icc.ipsl.fr). Original data were downloaded from Polar Data Centre (see Source) by the OA-ICC data curator. In order to allow full comparability with other ocean acidification data sets, the R package seacarb (Gattuso et al, 2024) was used to compute a complete and consistent set of carbonate system variables, as described by Nisumaa et al. (2010). In this dataset the original values were archived in addition with the recalculated parameters (see related PI). The date of carbonate chemistry calculation by seacarb is 2024-07-11.

Arctic PASSION - High Resolution Synthetic Aperture Radar based Risk Index Outcome (AP-RIO)

The Risk Index Outcome (RIO) is a critical component of the Polar Operational Limit Assessment Risk Indexing System (POLARIS) developed by the International Maritime Organization (IMO, 2016). RIO evaluates the operational risks for ships navigating in ice-infested waters by evaluating ice conditions and offers a quantifiable measure of risk that aids in decision-making for safe navigation in polar regions based on ship ice class, sea ice type/stage of development (SOD) and sea ice concentration (SIC). The DMI-led Automated Sea Ice Products (DMI-ASIP; Wulf et al., 2024, dataset) provides daily maps of SOD and SIC based on Sentinel-1 SAR imagery, AMSR-2 Passive Microwave and Ice Charts from the Greenland and Canadian Ice Services, combined with novel AI retrieval and processing techniques. In the framework of EU funded Arctic PASSION project, we produced 10 years of satellite observation based weekly RIO maps referred as the Arctic PASSION-RIO (AP-RIO) by leveraging DMI-ASIP datasets. The AP-RIO dataset will provide weekly risk assessment maps for the given ship classes and will support the establishment of a 10 year climatology thereby enabling the assessment of RIO variability in the years covered by the input DMI-ASIP products. The AP-RIO dataset will enhance the safety and efficiency of maritime operations in the polar seas, providing a robust reference for evaluating normal and extreme ice conditions. AP-RIO is produced in the framework of the Arctic PASSION project (European Union's Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No. 101003472) and supported by the DMI-ASIP development team. Algorithm and Processing Scheme: SIC and SOD from ASIP are processed (by taking the mean and mode respectively) into a weekly field based on the daily files for that week. This is done for the time period of 3 Oct. 2014 - 3 Oct. 2024. The weekly SOD is used to find the Risk Value (RV) by looking at the lookup table (Dybkjær et al. 2025a). Risk Index Outcome (RIO) values are computed for each pixel in the field based on the RIO formula (RIO = SIC x RV) using the SIC from ASIP and the found RV. The meaning of the computed RIO values can be interpreted using the table in (Dybkjær et al. 2025b). The RIO field is finally saved to weekly NetCDF files.

Polarregionen im Wandel 1: SQUEEZE - Schutz der schwindenden Arktischen Tundra - Potential, Planung und Kommunikation, Vorhaben: Förderung des Dialogs zwischen Wissenschaft und Gesellschaft

Winterliche Wachstumsbedingungen und Nahrungsökologie des Zooplanktons der eisbedeckten Ostsee

Weite Teile der nördlichen Ostsee sind im Winter für mehrere Monate von Meereis bedeckt. Wie in Arktis und Antarktis stellt das solegefüllte Kanalsystem im Eis den Lebensraum für eine diverse Flora und Fauna dar. Bereits im Februar beginnen die Eisalgen zu wachsen und hohe Biomassen im Eis aufzubauen. In den Polargebieten wird diese saisonal früh vorhandene und lokal hoch konzentrierte Nahrungsquelle von herbivoren, pelagischen Zooplanktern genutzt, die somit eine trophische Verbindung zwischen den beiden Lebensräumen Meereis und Pelagial herstellen. Auch in der Ostsee kommen v.a. Copepoden unter dem Meereis vor. Die Art Acartia biflosa reproduziert sogar während der Wintermonate, obwohl Temperatur und Algenbiomasse während der eisbedeckten Zeit in der Wassersäule sehr niedrig sind. Hieraus ergeben sich folgende Fragestellungen: 1. Welche biotischen und abiotischen Wachstumsbedingungen charakterisieren das baltische Untereis-Habitat? 2. Was sind die Energiequellen für die Entwicklung im Winter dominanter Arten? 3. Gibt es in der eisbedeckten Ostsee vergleichbare Prozesse wie in Arktis und Antarktis? Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erfassung der ökologischen Bedeutung des Meereises für die saisonalen Lebenszyklen und Überwinterungsstrategien des Zooplanktons der nördlichen Ostsee.

Aktivität und Stoffumsatz mikrobieller Nahrungsnetze im arktischen und antarktischen Meereis

Das Meereis ist ein einzigartiger Lebensraum für eine Gemeinschaft aus Pflanzen und Tieren, die ein im Meereis ausgebildetes Solekanalsystem besiedeln. Während ein guter Kenntnisstand über die mesoskalige Verteilung (ca. 10 cm) und die Zusammensetzung dieser Gemeinschaften vorliegt, ist die kleinskalige Verteilung (1 cm) und die Interaktionen der Organismen dieser Gemeinschaften nur wenig bekannt. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der kleinskaligen Verteilung der Organismen und der Struktur des Nahrungsnetzes, das von ihnen gebildet wird. Dabei soll insbesondere der Einfluß der inneren Oberfläche des Meereises auf den Aufbau des Nahrungsnetzes berücksichtigt werden. Von der Vermutung ausgehend, dass ein großer Anteil der eisassoziierten Bakterien- und Algenbiomasse in Form von Biofilmen vorliegt, soll die Biomasse und Aktivität an Oberflächen gebundener Bakterien und Algen mit der von frei in der Sole lebenden Organismen verglichen werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Untersuchung von bakterien- und algenfressenden Protozoen und der Quantifizierung ihrer Bedeutung für den Stoffumsatz im Meereis.

Risiken der durch den Klimawandel verursachten schädlichen Algenblüte in grönländischen Gewässern, Vorhaben: Modellierung schädlicher Algenblüten in einer sich verändernden Umwelt

Modellierung der Eisbergdrift im Weddellmeer zur Bestimmung des Süßwassereintrages durch Schmelzen und Zerfall

Ziel der Arbeiten ist die Untersuchung der Drift kleinerer und mittlerer Eisberge im Weddellmeer und des damit verbundenen Süßwassereintrags mit Hilfe gemessener Driftbahnen und numerischer Modellrechnungen. Dabei soll die regionale Verteilung des Schmelzwassereintrags und dessen Bedeutung für die Stabilität der polaren Wassersäule untersucht werden. Ferner soll der Eintrag von Substanzen bestimmt werden, die das Algenwachstum beeinflussen können. Die Driftmessungen erfolgen durch eine tägliche Übertragung der Eisbergpositionen mittels ARGOS Sender. Das Driftmodell berücksichtigt neben der direkten Wirkung von Wind, Ozeanströmung, Meeresoberflächenneigung und Erdrotation auch die Kräfte, die bei einer geschlossenen Meereisbedeckung auftreten, und beinhaltet basales und laterales Schmelzen. Die Ergebnisse der Analyse der Driftbeobachtungen werden zur Validierung der Modellergebnisse und zur Optimierung der angewendeten Parametrisierungen herangezogen.

Ermittlung latitudinaler Artendiversitätsgradienten: Benthische Copepoda (Harpacticoida) und Loricifera des Südpolarmeeres

Im Rahmen des internationalen Expeditionsvorhabens ANDEEP (Antarctic benthic deep-sea biodiversity) soll die Artenvielfalt der benthischen Harpacticoida (Copepoda) untersucht werden. Dafür sollen auf zwei Fahrtabschnitten je zwei weit auseinanderliegende Stationen mit mehreren Multicorern hintereinander in Tiefen ab 3000 m beprobt werden. Für jede Probe soll die Artenzusammensetzung und die Abundanz der einzelnen Arten vierer ausgewählter übergeordneter Taxa (Argestidae, Pseudotachidiidae, Neobradyidae, Huntemanniidae) als Grundlage für eine Untersuchung der Diversitätsmuster ermittelt werden. Durch Vergleich der vier Stationen untereinander und mit denen der bereits durchgeführten DIVA-Expedition zum Angola-Becken soll überprüft werden, wie groß die Areale sind, die einzelne Arten besiedeln bzw. wie hoch der Anteil weit verbreiteter und lokaler Arten ist. Dies ist wichtig, will man zu einer überschlagmäßigen Abschätzung der Gesamtartenzahl der Harpacticoida in der Tiefsee gelangen. Außerdem wird ein Vergleich der Harpacticoida der antarktischen Tiefsee mit denen des Schelfes angestrebt. Ausgewählte Teiltaxa sollen systematisch bearbeitet werden. Zusätzlich werden von uns die Loricifera untersucht.

Polygons in tundra wetlands: state and dynamics under climate variability in Polar Regions (POLYGON)

Permafrost regions are strongly affected by ongoing global warming. The widely distributed Arctic patterned ground of polygonal wetlands underlain by permafrost is considered to be sensitive to environmental and climate changes. In a combined ecological and palaeo-ecological approach, modern, sub-recent and fossil ice-wedge polygons will be studied at three representative sites along a geographical gradient in the northeast Siberian lowlands in order to understand the temporal and spatial variations of polygon dynamics and their relation to climate change. In the proposed study design limnological, (palaeo-)ecological, pedological and cryological methods are tightly interconnected to assess modern and palaeo-environmental conditions and their main forcing parameters thoroughly. Terrestrial and aquatic species communities will be studied and cryogenic processes affecting polygonal landscape will be observed and evaluated. Results from the proposed project will allow predicting future environmental dynamics in permafrost regions. Extensive preparatory work including methodological tests, site visits and cooperation arrangements was performed by the applicants to ensure the feasibility of the project. The project will bring together German and Russian expertise in Arctic ecology and permafrost science complemented by international partners.

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