Rolle des Meereises im polaren und globalen Klimasystem enträtseln
Erdsystemmodelle sind komplexe Simulationen, die dazu dienen, die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean, Land, Eis und Biosphäre dazustellen. Zu den wichtigsten Zielen gehören ein besseres Verständnis der langfristigen Umweltveränderungen sowie der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf unser Klima. „Erdsystemmodelle sind wichtige Instrumente für die Klimawissenschaft, aber es gilt, verschiedene Herausforderungen zu meistern“, erklärt Risto Makkonen, Koordinator des Projekts CRiceS(öffnet in neuem Fenster), vom Finnischen Meteorologischen Institut(öffnet in neuem Fenster). „Dazu zählen die Komplexität und Vernetzung der Erdsysteme, hohe Rechenanforderungen, eingeschränkte Beobachtungsdaten und die technischen Hürden bei der Integration verschiedener Modellkomponenten.“
Simulierte und beobachtete Polardaten verknüpfen
Mit dem EU-finanzierten Projekt CRiceS wird die Genauigkeit und der Nutzen der Erdsystemmodelle optimiert, wobei ihre Fähigkeit verbessert wird, den Zustand und die Trends von Meereis, Schnee auf Meereis und Aerosolwolkensystemen in den Polarregionen wiederzugeben. „Dies ist wichtig, da die Auswirkungen der polaren Veränderungen auf das globale Klima unsere zukünftigen Klimaprognosen und unsere Fähigkeit zur Anpassung an den Klimawandel in den nächsten Jahrzehnten beeinträchtigen könnten“, erklärt Makkonen. In diesem Sinne wurde ein Konsortium aus weltweit führenden Fachleuten aus Europa, Kanada, Indien und Südafrika gebildet. Neben einer starken Modellierungskomponente gehörten dem Team auch Fachleute mit Erfahrungen in Polarbeobachtungen, Messkampagnen und Expeditionen an. „CRiceS hat die Beobachtungs- und Modellierungsgemeinschaft vereint“, fügt Makkonen hinzu. „Wir wollten den Dialog über Beobachtungseinschränkungen für Modellprozesse aufwerten und Wege finden, um simulierte und beobachtete Daten miteinander zu verbinden.“
Komplexe polare Prozesse berücksichtigen
Es wurden wichtige Modellverbesserungen vorgenommen. Dazu gehört die Berücksichtigung von Prozessen in der Umgebung des Meereises wie etwa Schnee auf Meereis, Schmelztümpel und Turbulenzen in der atmosphärischen Grenzschicht. Außerdem wurde der physikalische Bereich des Meereises enger mit biogeochemischen Kreisläufen verknüpft, etwa mit den Auswirkungen von Strahlungstransfersystemen für Algenblüten, Turbulenzen bei der Nährstoffverfügbarkeit und dem Eisalgenwachstum. Polare Aerosolwolkensysteme und ihre Kopplung mit Ozean- und Eissystemen sind entwickelt worden, und neue Aerosolquellen wie beispielsweise Flugschnee wurden in die Modelle aufgenommen. „Diese optimierten CRiceS-Modelle wurden dann mithilfe einer großen Anzahl multidisziplinärer Beobachtungen in den Polarregionen validiert“, berichtet Makkonen. „Die Teams führen gegenwärtig letzte Simulationen durch. Damit verfolgen wir das Ziel, die Komplexität polarer Prozesse wie des Meereises und die Notwendigkeit aufzuzeigen, diese Prozesse in zukünftige Klimaprojektionen einzubeziehen.“
Wechselwirkungen zwischen polaren Klimasystemen präzisieren
Die Arbeit des Projekts CRiceS hat die polare Klimaforschung in vielen Richtungen vorangebracht. Ein gesteigertes Verständnis der mit dem Meereis zusammenhängenden Prozesse, verbesserte Instrumente, zusammengefasste Datenprodukte und weitere Forschungsergebnisse(öffnet in neuem Fenster) werden nun für zukünftige Forschungsprojekte genutzt werden. „Modellierungsgemeinschaften werden die Gelegenheit bekommen, präzisere Interaktionen und Rückkopplungsmechanismen in Bezug auf das polare Klimasystem einzuführen“, merkt Makkonen an. „Zu guter Letzt werden daraus optimierte Projektionen des polaren Klimas und seiner Auswirkungen auf das globale Klimasystem resultieren. Es ist uns gelungen, Modellierungs- und Beobachtungsgemeinschaften aus verschiedenen Forschungsbereichen zusammenzubringen, und wir stellen uns vor, dass von dieser Basis aus zukünftige Kooperationen und Netzwerke innerhalb Europas und über seine Grenzen hinaus unterstützt werden.“ Die im Rahmen von CRiceS entwickelten Komponenten werden nun in die Modellsimulationen von CMIP7(öffnet in neuem Fenster) einfließen, die Teil der internationalen Bemühungen zur Verbesserung der Erdsystemmodelle sind, die für die Arbeit des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen(öffnet in neuem Fenster) (IPCC) von wesentlicher Bedeutung sind. Das Projektteam hat außerdem festgestellt, dass in zukünftigen Klimamodellen die künstliche Intelligenz (KI) eine wichtige Rolle übernehmen dürfte. „Zukünftige Klimamodelle werden einige Komponenten enthalten, die KI einbinden“, fügt Makkonen hinzu. „KI könnte sich ebenfalls als hilfreich erweisen, wenn es darum geht, polare Beobachtungen und Modelldaten zusammenzuführen und vielleicht Empfehlungen zu Beobachtungskapazitäten oder Modellverbesserungen zu geben.“
