Max-Planck-Institut für Meteorologie

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Globale Klimamodellierung (Abt. Atmosphäre im Erdsystem)

Welche Mechanismen führen zur beobachteten Klimavariabilität? Wie reagiert das Klimasystem auf natürliche und anthropogene Antriebe? Wie kontrollieren Rückkopplungen die Amplitude von Klimavariationen? Wie kann das Klimasystem getreu modelliert werden?

Solche Fragen begründen die Arbeit der Klimamodellierungsgruppe. Das Hauptziel besteht darin, das Verständnis über Prozesse, Kopplungseffekte und Rückwirkungen im Klimasystem zu erweitern. Der aktuelle Forschungsschwerpunkt der Klimamodellierungsgruppe liegt auf der Kopplung von Konvektion und tropischen Wellen, auf der Dynamik der Madden Julian Oszillation in der Troposphäre und der quasi-zweijährigen Oszillation in der Stratosphäre.

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Klimadynamik (Abt. Atmosphäre im Erdsystem)

Die Gruppe Klimadynamik erforscht, wie atmosphärische Prozesse im Erdsystem agieren. Das Ziel ist, zu verstehen, wie integrative Eigenschaften des Klimasystems bestimmt sind. Dazu werden Grundlagentheorien und Hierarchien von unterschiedlich komplexen Klimamodellen genutzt, insbesondere das in Hamburg entwickelte ECHAM-Atmosphärenmodell. Die Arbeitsgruppe konzentriert sich auf
  • Klimasensitivität und -variabilität
  • Atmosphärische Dynamik und Teleconnections
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Forschungsgruppe des Direktors Prof. Dr. Jochem Marotzke (Abt. Ozean im Erdsystem)

Die Gruppe untersucht die Rolle des Ozeans im Erdsystem aus verschiedenen Perspektiven. Für den Blick auf das großskalige Klima werden gekoppelte Ozean-Atmosphäre-Modelle benutzt. Darüber hinaus werden zum besseren Verständnis des Erdsystems die physikalischen Prozesse in den Modellen verbessert ebenso wie die numerische Genauigkeit, es werden kürzere Perioden von Tagen bis zu Jahren untersucht und Beobachtungsdaten analysiert. Eines der Forschungsziele ist die Variabilität der meridionalen Umwälzbewegung im Atlantik und ihr Einfluss auf das Klima.

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Biogeochemie des Ozeans (Abt. Ozean im Erdsystem)

Das Hauptziel dieser Forschungsgruppe ist, die Rolle der marinen Biogeochemie innerhalb des Klimasystems zu verstehen und zu quantifizieren. Es werden globale numerische Modelle der marinen Biogeochemie entwickelt und angewendet, aber auch Ozeanphysik betrieben. Der „Modellzoo“ besteht aus einer Hierarchie von Modellkomponenten wie biogeochemischen Modellen der euphotischen Zone, Modellen des tiefen Ozeans, allgemeine Ozean-Zirkulationsmodelle und Tracer-Transport-Modelle. Gekoppelte allgemeine Zirkulationsmodelle werden auch benutzt. Die Zeitskalen der untersuchten Prozesse rangieren zwischen Tagen und Millionen von Jahren.

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Wechselwirkung Klima-Biogeosphäre (Abt. Land im Erdsystem)

Das Klima und das terrestrische Ökosystem beeinflussen sich gegenseitig durch zahlreiche biogeophysikalische und biogeochemische Prozesse. Die biophysikalischen Parameter der Landoberfläche, wie z. B. die Albedo, werden durch die Ökosysteme maßgeblich mitbestimmt. Durch biogeochemische Austauschprozesse mit Atmosphäre und Ozean spielen sie für die globalen Stoffkreisläufe eine entscheidende Rolle. Schwerpunkt der Forschung sind die langfristigen Wechselwirkungen zwischen Klima und Biogeosphäre. Dazu steht eine Reihe von Erdsystemmodellen unterschiedlicher Komplexität zur Verfügung.

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Globale Vegetationsmodellierung (Abt. Land im Erdsystem)

Der überwiegende Teil der globalen Landmassen ist mit Pflanzen bedeckt. Entsprechend spielen diese eine wichtige Rolle beim Stoff- und Energieaustausch zwischen Land und Atmosphäre. Insbesondere durch die Bindung von atmosphärischem CO2 im Photosyntheseprozess bildet die Vegetation neben den Ozeanen und Inlandeismassen einen der "major players" im globalen Klimageschehen. Um die Rolle der Vegetation für das globale Klima näher zu untersuchen, wurde in der Arbeitsgruppe das Land- und Vegetationsmodell JSBACH entwickelt. In globalen Klimasimulationen werden damit speziell die Rückkopplungen zwischen Klimasystem und globalem Kohlenstoffkreislauf untersucht.

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Forstwirtschaft im Erdsystem (Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe)

Vegetation bedeckt den Großteil der Kontinente und hat entscheidenden Einfluss auf das Klima. Pflanzen und Atmosphäre wechselwirken durch den Austausch von Wärme, Feuchte, Impuls und einer Vielzahl von chemischen Substanzen. Der Mensch greift substanziell in die-sen Austausch ein, indem er die Vegetationsdecke verändert: Auf etwa einem Drittel der Landoberfläche hat er natürliche Vegetation in landwirtschaftliche Flächen umgewandelt (sogenannte "anthropogene Landbedeckungsänderung"); auf noch größeren Flächen wurde der ursprüngliche Vegetationstyp zwar beibehalten, aber die Flächen werden zu gewissem Maße bewirtschaftet ("Land Management"); nur die restliche Fläche, lediglich ein Viertel der Landoberfläche, ist nicht direkt vom Mensch beeinflusst (obwohl auch diese Regionen durch den globalen Klimawandel indirekt vom Mensch verändert wurden).

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Meereis im Erdsystem (Max-Planck-Forschungsgruppe)

Auch wenn sich viele Klimadiskussionen der vergangenen Jahre um das Thema Meereis drehten, ist seine Rolle in der Klimadynamik nach wie vor wenig verstanden. Die Forschungsgruppe „Meereis im Erdsystem“ untersucht theoretisch und experimentell die grundlegenden Aspekte der Meereisbildung und -schmelze. Ihre Ergebnisse bilden somit die Grundlage für Verständnis, Modellierung und Einschätzung der zukünftigen Entwicklung des Meereises im Klimasystem unserer Erde.

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Stratosphäre und Klima (Minerva-Forschungsgruppe)

Plötzliche stratosphärische Erwärmungen und Verstärkungen des polaren Wirbels sind extreme dynamische Ereignisse der polaren Atmosphäre im Winter mit Einfluss auf die troposphärische Zirkulation und das Klima in den mittleren bis hohen Breiten. Die Frage nach den Wechselwirkungen zwischen diesen Skalen im Zusammenhang mit Schwerewellen in der stratosphärischen Zirkulation und deren Schwankungen sind das Forschungsinteresse in der Minerva-Gruppe. Um ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen Schwerewellen und planetaren Dynamiken soll die Darstellung der Stratosphäre in globalen Modellen verbessert werden und die aktuellen Unsicherheiten reduziert werden, die in der Varibailität der großskaligen stratosphärischen Zirkulation besteht.

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Turbulente Mischungsprozesse im Erdsystem (Max-Planck-Forschungsgruppe)

Das Ziel dieser Max-Planck-Forschungsgruppe ist es, das aktuelle Verständnis grundlegender Aspekte geophysikalischer Turbulenz unter Benutzung direkter numerischer Simulationen (DNS) zu verbessern. Auf diese Weise lassen sich makro- und mesoskalige Studien geophysikalischer Strömungen ergänzen, wie solche in Modellen zur allgemeinen Zirkulation oder Grobstruktursimulationen. In diesem Kontext beschäftigt sich die Gruppe mit mikroska-ligen Phänomenen.

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