Das Projekt VolARC ist eines von fünf Projekten des Antrags für die zweite Phase der DFG Forschungsgruppe VolImpact (FOR 2820), deren erste Phase im Frühjahr 2019 begann. VolARC befasst sich mit wichtigen und offenen Fragen vulkanischer Effekte auf stratosphärische Aerosole und deren Einfluss auf die Strahlungsbilanz des Erdsystems. Basierend auf den Arbeiten der laufenden Phase I sollen in Phase II folgende drei Themen bearbeitet werden:(1) Konsolidierung des Verständnisses der Entwicklung stratosphärischer Aerosolparameter nach Vulkanausbrüchen und Untersuchung der Gründe für die verbleibenden Unterschiede zwischen beobachteten und modellierten stratosphärischen Aerosolparametern (Aerosolextinktionsprofile, optische Tiefe und insbesondere die Teilchengrößenverteilung stratosphärischer Aerosols), sowie Behebung der Ursachen für die Unterschiede. Insbesondere die zeitliche Entwicklung der Aerosolgrößenverteilung soll besser verstanden werden. (2) Untersuchung des Einflusses von Modellauflösung und Transport auf die Entwicklung vulkanischer Aerosolwolken in der Stratosphäre. In Phase II wird ein “Seamless Simulation”-Ansatz verwendet, der mittels mehrerer Nests eine konsistente Modellierung aller relevanten Prozesse auf den entsprechenden Skalen ermöglicht, von der initialen Entwicklung der Vulkanwolke bis hin zu globalen und längerfristigen Skalen. (3) Untersuchung der Fähigkeit von Limb- und Okkultationsinstrumenten, vulkanische Sulfataerosole in der Stratosphäre nach stärkeren Vulkanausbrüchen zu erfassen. Bereits bei relativ moderaten optischen Tiefen wird die Sichtlinie in Limb-Geometrie optisch dicht und eine robuste Bestimmung der Aerosolextinktion problematisch. Außerdem wird untersucht, ob aktuelle Satelliteninstrument in der Lage sind, eine im Rahmen von Geoengineering Aktivitäten künstliche verstärkte stratosphärische Aerosolschicht zu erfassen und zu überwachen. Diese Themen werden durch die Synergy globaler Satellitenbeobachtung stratosphärischer Aerosolparameter im optischen Spektralbereich und globaler Modellsimulationen mit expliziter Aerosolmikrophysik untersucht. Wir werden u.a. unsere eigenen Algorithmen verwenden um aus Messungen vergangener, aktueller und zukünftiger Satelliteninstrumente (bsp. OMPS-LP, SAGE III and SCIAMACHY) Aerosolparameter abzuleiten. Die Modellsimulationen werden hauptsächlich mit ICON-ART durchgeführt, aber auch MAECHAM-HAM-Simulationen werden zum Vergleich mit Messdaten und ICON-ART-Simulationen zum Einsatz kommen. Das VolARC-Projekt ist sehr gut mit den anderen vier VolImpact-Projekten vernetzt, insbesondere durch die definierten übergreifenden Forschungsthemen an denen jeweils mehrere VolImpact-Projekte beteiligt sind. Diese Themen sind: (1) die Aerosolteilchengrößenverteilung, (2) vulkanische H2O-Injektionen in die mittlere Atmosphäre und (3) Strahlungsantrieb durch vulkanische Effekte. Darüber hinaus wird VolARC alle Aktivitäten zur Seamless-Simulation in VolImpact koordinieren.
Wissenschaftler sowie Politiker erwägen die regionale Verwendung von Marine Cloud Brightening (RegMCB) als mögliche Solar Radiation Management Technologie um die Erderwärmung durch anthropogene Treibhausgase gezielt zu verlangsamen. Während theoretische Arbeiten bezeugen, dass dieser Ansatz prinzipiell einen kühlenden Effekt im Klimasystem erzeugen kann, verbleiben enorme Unsicherheiten bezüglich der Wirksamkeit und der potentiellen Auswirkungen dieses Ansatzes. Dennoch werden erste MCB Feldexperimente in Australien bereits durchgeführt und sind auch in anderen Ländern in der Planung.Der aufhellende Effekt in marinen Wolken durch die kontinuierliche Emission von Seesalz in die untere Troposphäre ist bis heute nur hinreichend verstanden. Der Grad der Wirksamkeit dieser Technologie basiert hauptsächlich auf entweder hoch-aufgelösten Modellrechnungen, welche räumlich und zeitlich stark eingeschränkt sind, oder auf globalen Klimamodellrechnungen, welche auf stark vereinfachten Annahmen über den Ausstoß von Seesalzpartikeln basieren. Diese Lücke zwischen bisher verwendeten Modellansätzen werden wir innerhalb dieses Forschungsantrags schließen. Mit Hilfe von Simulationen von möglichen MCB Strategien innerhalb des Kalifornischen Stratocumulus Wolkendecks, werden wir den Wirksamkeitsgrad dieser Technologie unter realistischen Annahmen quantifizieren, und gleichzeitig potentielle Auswirkungen auf der regionalen Skala identifizieren und quantifizieren können.Innerhalb dieses Projektes werden wir eine vereinfachte Version von ICON-HAM, einem Klimamodell mit einer umfassenden Parametrisierung der Aerosolmikrophysik inklusive Strahlungskopplung und Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen, entwickeln und verifizieren. Unser Modellansatz beinhaltet die volle Komplexität ICON-HAMs für Seesalzgrößenverteilungen während alle anderen Aerosolspezien mit konstanten Hintergrundkonzentrationen vorgeschrieben werden. Diese Modellversion wird wir mithilfe von Beobachtungen des Kalifornischen Stratocumulus Wolkendecks verifiziert werden. Das Kalifornische Deck ist eins der vier subtropischen Stratocumulusregionen weltweit und ist im Vergleich zu den anderen Decks am umfassendsten vermessen und verstanden. Innerhalb von RegMCB werden wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen welche uns helfen werden den Wirksamkeitsgrad und die Grenzen dieser Technologie zu quantifizieren. Innerhalb dieses Antrages werden erstmals Simulationen durchgeführt welche auf realistischen MCB Szenarien basieren und die nötige Komplexität beinhalten Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen korrekt abzubilden. Gleichzeitig tragen die hier vorgeschlagenen Arbeiten zu einer Verbesserung unseres Verständnisses und der Repräsentation von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in marinen Stratocumuli allgmein bei.
Das sogenannte 'Climate Engineering' beschreibt ein gezieltes Eingreifen ins Klimasystem mit dem Ziel, der globalen Erwärmung entgegen zu wirken. Zusätzlich zu dem Entfernen von Kohlendioxid und der Beeinflussung von Solarstrahlung (solar radiation management), wurde eine Methode vorgeschlagen, die zu mehr Emission von langwelliger Strahlung in den Weltall führen soll. Hierbei soll der wärmende Effekt der Zirruswolken reduziert werden. Wir wollen diese Methode in unserem Forschungsantrag genauer untersuchen. Wir planen uns auf die mittleren und hohen Breiten der Nordhemisphäre im Winter zu konzentrieren, um die Strahlungseffekte von Zirren auf die Solarstrahlung zu minimieren. Insbesondere möchten wir folgender Frage nachgehen: Ist das Ausdünnen von arktischen Zirren im Winter (AWiCiT) durchführbar und was ist die maximale Abkühlung, die hiermit erreicht werden kann? Die hiermit verbundenen Risiken und Nebenwirkungen des AWiCiT wollen wir auf der regionalen Skala hinsichtlich möglicher Änderungen der arktischen Stratosphäre insbesondere Auswirkungen auf die Ozonschicht sowie mögliche Veränderungen in tiefer liegenden Wolken mit dem gekoppelten Wettervorhersage/Chemiemodell ICON-ART studieren. Mögliche Auswirkungen auf die globale Zirkulation, Meeresströmungen sowie die Meereisbedeckung werden mit Hilfe des globalen gekoppelten Aerosol-Atmosphären-Ozean Klimamodells MPI-ESM-HAM untersucht. Um die oben genannten Fragen zu beantworten, müssen wir die gegenwärtigen globalen Zirkulationsmodelle validieren insbesondere hinsichtlich ihrer Fähigkeit die beobachtete Ausbreitung und Höhe der Zirruswolken im arktischen Winter zu reproduzieren. Des Weiteren werden wir die Transportwege der natürlichen Eiskeime und der Impf-Eiskeime unten den dynamischen Bedingungen im arktischen Winter analysieren um die Lebensdauer der Impf-Eiskeime in der Impfregion abzuschätzen. Sind die Höhen und Flugrouten der kommerziellen Langstreckenflüge geeignet um einen Großteil des Arktischen Zirrus zu impfen oder sollte die Impfgegend in mittlere Breiten ausgedehnt werden? Ist Bismut(III)-iodid (BiI3), das als Impf-Eiskeim hierfür vorgeschlagen wird, unter diesen Umständen der am besten geeignete Impfstoff? Das Ausdünnen der Zirren ist nur dann effektiv, wenn der natürlich Zirrus hauptsächlich durch homogenes Gefrieren von Lösungströpfchen entsteht. Wenn er primär durch heterogene Nukleation gebildet werden würde, würde Impfen zu einer Erwärmung statt Abkühlung führen können. Deshalb müssen die Eigenschaften der Zirren noch besser verstanden werden, insbesondere der Anteil der Zirren, der im heutigen Klima durch heterogene Nukleation gebildet wird.
Absenkung der CO2 Emissionen, Anpassung und 'Climate Engineering' (CE) werden allgemein als drei unabhängige Vorgehensweisen gegen die negativen Auswirkungen des Klimawandels angesehen. Im Rahmen dieses Projektes zeigen wir die Grenzen des 'Solar Radiation Management' (SRM) durch Sulfataerosol-Eintrag in die Stratosphäre (SAI) und marine Wolkenimpfung (MCB) als Maßnahmen zur Reduktion der globalen bzw. regionalen Temperatur auf. Zum ersten Mal werden dabei die Auswirkungen von gleichzeitig ausgeführtem SAI und MCB umfassend quantifiziert. Wir vermuten, dass die Begrenzung der Wirksamkeit von SAI und MCB bedeutende Auswirkungen auf die rechtliche und politische Betrachtung hat, die das Zusammenwirken und die zeitliche Reihenfolge von Emissionsminderungs-, Anpassungs-, und 'Climate Engineering'- Maßnahmen sowie die Politik der Klimagerechtigkeit bestimmen. Komplexe globale und regionale numerische Simulationsmodelle der Atmosphäre, die dem Stand des Wissens entsprechen, und die eine detaillierte Beschreibung der Atmosphärenphysik und Chemie beinhalten, stellen das wesentliche Werkzeug für die Quantifizierung der Effekte dieser Maßnahmen dar. Die Ergebnisse erlaube es die physikalischen Grenzen der angedachten Maßnahmen zu bestimmen. Die Ergebnisse des Vorhabens dienen als wichtige Grundlagen für andere Projekte im SPP, um eine integrale Bewertung von 'CO2 Mitigation, Adaption und Climate Engineering' zu ermöglichen.
'Climate Engineering' bezeichnet eine Anzahl von Methoden und Technologien, mittels derer das Klimasystem absichtlich beeinflusst wird, um den Folgen des Klimawandels entgegen zu wirken. Der Fokus dieser Studie ist eine 'Solar Radiation Management'-Methode, Sulfatinjektion. Mit dieser Methode soll der globale Netto-Strahlungsantrieb reduziert werden, in dem die absorbierte solare Einstrahlung reduziert, bzw. die Reflektion dieser in den Weltraum erhöht wird. In FASSI sollen folgende Forschungsfragen beantwortet werden: (I) was ist der Effekt von Sulfatinjektion in der Stratosphäre auf klimatische Extreme und (II) wie lange wird es dauern, bis ein solcher Effekt detektierbar wird, das heißt sich statistisch von klimatischen Rauschen unterscheiden lässt. Für die Untersuchung dieser Fragen wird eine sogenannte 'Detection & Attribution'-Analyse auf Basis von Simulationen mit und ohne Sulfatinjektion durchgeführt. Damit wird ein Fingerabdruck der stratosphärischen Sulfatinjektion bezüglich klimatischer Extreme abgeleitet, sowie eine Zeitspanne, ab wann dieser detektierbar ist. Fokus der Analyse sind Muster, die für die Gesellschaft hochrelevant sind, wie der Indische Monsun, Sturmbahnen der mittleren Breiten und Dürren in der Sahelzone. Die Ergebnisse können zur Information für Entscheidungsträger dienen, ob bestimmte Extremereignisse, wie zum Beispiel das Ausbleiben des Indischen Monsuns, auf 'Climate Engineering'-Aktivitäten zurückzuführen sein können.
Um die gegenwärtige 'Climate Engineering'-Kontroverse im Detail zu bestimmen, unterscheiden wir zwischen der explorativen Untersuchung, der orientierenden Zusammenstellung und der genauen Analyse von einzelnen Argumenten. Wir sehen folgende Forschungslücken: Es existiert bislang keine umfassende und detaillierte Analyse dieser Kontroverse, die Argumente genauer analysiert, sie zu wissenschaftlichen Erkenntnissen in Beziehung setzt, den Unterschieden einzelner CE-Methoden Rechnung trägt und die Debatte angemessen in größere philosophische Kontexte einbettet. Die zentralen Ziele des Forschungsvorhabens beziehen sich auf diese Forschungslücken. Unsere Untersuchungsziele betreffen Strukturierung der Gesamtdebatte und eine Fortentwicklung der von den Antragstellern erarbeiteten Argumentations-Landkarte. - Zuordnung ethischer Argumente zu bestimmten CE-Methoden, insbesondere zu den drei Technologien, die im Fokus des SPP stehen (Strahlungsmanagement durch die Injektion von Aerosolen, Ozeanversauerung, Aufforstung). - Vertieftes Verständnis des Zusammenspiels dialektischer Beziehung zwischen Argumentationsmustern, Identifikation dialektisch kohärenter Positionen. - Analyse eines ausgewählten Spektrums von sechs zentralen Argumenten ('arm-the future', 'technical-fix', 'lesser evil', 'hazards', 'moral corruption', 'macro-rebound/sustainability'). - Untersuchung des ethiktheoretischen Hintergrundes einzelner Begriffe, die in Argumenten verwendet werden. - Kontextualisierung einzelner Argumente zu Feldern praktischer Philosophie (Technikfolgenabschätzung, Klimaethik, Risikobeurteilung). - Rekonstruktion der Dynamik der CE-Debatte hinsichtlich möglicher Fortschritte und der Entstehung von Konsensbereichen. - Reflexion auf argumentationstheoretische und diskursethische Aspekte der Debatte (Diskursregeln, 'Rahmungs'-Effekte, Begründungslasten). - Bestimmung des Verhältnisses zwischen ethischer und öffentlicher politischer Debatte zu CE.Ergebnis des Forschungsvorhabens ist ein wohlbegründetes Gesamtbild der ethischen CE-Debatte.
Dieser Antrag zielt darauf ab, Climate Engineering im Kontext bereits etablierter Vermeidungsoptionen zu bewerten. Ausgangshypothese ist, dass die meisten Gesellschaften über einen möglichen Einsatz von Climate Engineering nicht auf Grundlage einer isolierten Betrachtung seiner Eigenschaften befinden werden, sondern unter dem Eindruck einer Gesamtschau von Vermeidungs-, Anpassungs- und Climate Engineering-Strategien. Dieses erfordert neue Forschungsanstrengungen, weil sich die Kosten, Risikoprofile und Vorteile der diskutierten Optionen qualitativ unterscheiden. In der gegenwärtigen wissenschaftlichen Debatte fehlen jedoch entsprechende integrierte Betrachtungen. Bislang hat sie Climate Engineering im Wesentlichen isoliert betrachtet, ohne auf Vermeidungsoptionen Bezug zu nehmen. Dieses Projekt zielt nun darauf ab, auf dem Weg hin zu einer integrierten Betrachtung aller klimapolitisch relevanten Optionen einen qualitativen Fortschritt zu erzielen, indem ausgewählte Climate Engineering- Optionen systematisch zu Optionen, die auf eine Verringerung von Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre abzielen, in Bezug gesetzt werden. Hierbei werden auch die Analyseinstrumente von Ethik und Entscheidungstheorie in Anschlag gebracht. Das Projekt geht moralphilosophisch unterstützt der Frage nach, unter welchen Rücksichten Climate Engineering Vermeidungsoptionen ergänzen oder sogar ersetzen sollte oder sich die Vorstellung von ihm als klimapolitisch relevanter Option als Illusion erweisen könnte. Das Projekt behandelt den Entzug von Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre, insbesondere Aufforstung, beschleunigte Verwitterung und den direkten chemischen Entzug. Es wird jedoch in Gestalt von stratosphärischer Aerosolinjektion auch auf eine entscheidende Option eingehen, den Strahlungshaushalt des Klimasystems zu beeinflussen. Zu allen Technologien werden die entsprechenden technoökonomischen Parameter erhoben und in einen entscheidungstheoretischen Rahmen eingebettet. Ferner werden die bekannten und möglichen Haupt- und Nebenwirkungen dieser Technologien zusammengestellt, um entsprechende Risikoprofile anzulegen. Ausgehend von verschiedenen philosophischen Schulen werden Szenarien normativer Assessments entwickelt. Diese Szenarien werden in diverse Auswirkungs- Aggregations-Regeln und entsprechende kritische Schwellwerte fortgeschrieben. Diese sollen genutzt werden, um eine integrierte Betrachtung von Climate Engineering und Emissionsvermeidung für verschiedene Temperaturziele zwischen 1,5 C und 3,0 C auszuführen. Hauptergebnis dieser Betrachtung wäre es, daraus in einem erweiterten wohlfahrtstheoretischen Sinne bevorzugte klimapolitische Strategien unter Unsicherheit abzuleiten inklusive des implizierten Mischungsverhältnisses technologischer Optionen. Dadurch werden konsistent Synergien und Konflikte zwischen wirtschaftlicher Entwicklung, Nahrungsmittel- und Energieversorgung, Klimawandel und Klimapolitik in verschiedenen Weltregionen ermittelt. usw.
Das Ziel des vorliegenden Projekts ist eine umfassende Analyse der öffentlichen Akzeptanz neuer Technologien zur Abschwächung des Klimawandels in Deutschland. Die betrachteten Technologien beinhalten das Abscheiden und Speichern von CO2 (CCS) und ausgewählte Climate Engineering Optionen. Wichtige Determinanten für die Akzeptanz innovativer, risikobehafteter Technologien sind die verfügbaren Informationen über mögliche Risiken, Gefühle und Risikowahrnehmung der Bürger sowie ihr Vertrauen in die umsetzenden Institutionen und Akteure. In Deutschland sind Erkenntnisse, wie diese Determinanten die öffentliche Akzeptanz neuer Optionen beeinflussen, nicht vorhanden. Das vorliegende Projekt schließt diese Lücke. Die dabei gewonnen Erkenntnisse sind für politische Entscheidungsträger von zentraler Bedeutung, um aus Sicht der Bevölkerung akzeptable Technologien zu identifizieren und im Falle einer Umsetzung geeignete Kommunikationsstrategien zu entwickeln. Modul 1 erfasst die vorhandene Literatur zur öffentlichen Akzeptanz von CCS und Climate Engineering und wertet sie aus. In Modul 2 wird eine repräsentative Umfrage zur öffentlichen Wahrnehmung und Akzeptanz von Solar Radiation Management in Deutschland durchgeführt. Modul 3 wird in drei Teilmodulen mit Hilfe kontingenter Bewertungsmethoden den Einfluss von a) subjektiver Risikowahrnehmung, b) Informationen und c) Vertrauen auf die Akzeptanz untersuchen. Modul 4 stellt die Präferenzen der Bürger für verschiedene Optionen anhand eines Choice-Experiments dar. Modul 5 führt die Ergebnisse zusammen und leitet daraus konkrete Politikempfehlungen ab.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Civil society | 1 |
| Federal | 35 |
| Other | 1 |
| Science | 8 |
| State | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Support program | 13 |
| Text | 13 |
| Unknown | 10 |
| License | Count |
|---|---|
| Closed | 20 |
| Open | 16 |
| Language | Count |
|---|---|
| English | 21 |
| German | 23 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Document | 8 |
| File | 1 |
| None | 24 |
| Website | 12 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Air | 36 |
| Other | 36 |
| People and the environment | 36 |
| Soil | 8 |
| Species and habitats | 21 |
| Water | 10 |