Komplexe Erdsystemmodelle sind essentiell f\u00fcr die Bewertung anthropogener Interventionen zur Eind\u00e4mmung von Klimawandelfolgen. Sie erlauben es die Wirksamkeit von Emissionsreduktionen zu belegen, werden aber auch herangezogen, um Nutzen und Umweltrisiken von gro\u00dfskaliger k\u00fcnstlicher Kohlenstoffdioxidentnahme und solarem Strahlungsmanagement abzusch\u00e4tzen. Denn w\u00e4hrend diese Interventionen die planetare Erw\u00e4rmung begrenzen k\u00f6nnen, konfligieren sie durch m\u00f6gliche ungewollte Auswirkungen mit anderen Nachhaltigkeitszielen wie der umsichtigen Land- und Ressourcennutzung, der Beibehaltung eines lebensfreundlichen Oberfl\u00e4chenklimas sowie dem Erhalt nat\u00fcrlicher Kohlenstoffspeicher. Allerdings sind Erdsystemmodelle allgemein und die integrierten Landmodelle im Speziellen urspr\u00fcnglich nicht prim\u00e4r f\u00fcr quantitative Absch\u00e4tzungen derartiger Zielkonflikte konzipiert worden. Hierzu fehlen teils die technischen Voraussetzungen in den Modellen. Au\u00dferdem k\u00f6nnen die in den Modellen vorgenommenen Vereinfachungen dazu f\u00fchren, dass sie statistische Variationen unzureichend abbilden, was sowohl klimatische Variablen wie die Oberfl\u00e4chentemperatur, aber auch die terrestrische Biosph\u00e4re betrifft. Diese Variationen beeinflussen die Wirksamkeit von Ma\u00dfnahmen zur Klimawandeleind\u00e4mmung und -anpassung, und damit auch von gro\u00dfskaligen Interventionen in das Erdsystem.\u00a0<\/p>\n
Mein Promotionsprojekt ist ein klima- und umweltwissenschaftlicher Beitrag zur Quantifizierung und Erweiterung von Modellf\u00e4higkeiten anhand eines vielfach verwendeten Erdsystemmodells, dem MPI-ESM. Dabei ist meine Arbeit geleitet von der \u00fcbergreifenden Fragestellung, unter welchen Voraussetzungen menschengemachte technische Interventionen mit dem Ziel der Klimawandeleind\u00e4mmung zugleich mit anderen Nachhaltigkeitszielen vereinbar sind. Drei Modellierungsstudien bilden den Kern meiner Dissertationsarbeit. Die Modellierungsans\u00e4tze und -ergebnisse dieser Studien k\u00f6nnen au\u00dferdem zur Weiterentwicklung anderer Erdsystemmodelle im Bezug auf anthropogene Interventionen beitragen.<\/p>\n
Mit einer neuartigen Erweiterung des JSBACH-Landmodells, die ich zur expliziten und dynamischen Repr\u00e4sentation von landbasierter k\u00fcnstlicher CO2<\/sub>-Entnahme vorgenommen habe, untersuche ich unintendierte Auswirkungen sogenannter \u201ek\u00fcnstlicher Photosynthese\u201c auf regionales Klima, Kohlenstoffspeicher und Landnutzung (Adam et al., Environmental Research Letters, 2025). Auf Basis meiner Resultate sind substantielle ungewollte Auswirkungen dieses Ansatzes auf Klima und Vegetation innerhalb der Modelllimitierungen nicht zu erwarten. Dahingegen zeigen meine Simulationsexperimente aber das\u00a0 Potential f\u00fcr Landnutzungskonflikte durch den Einsatz von k\u00fcnstlichen CO2<\/sub>-Senken auf. Diese bestehen insbesondere in dem Fall, dass eine Verschleppung der Dekarbonisierung den gro\u00dfskaligen Einsatz dieser CO2<\/sub>-Senken zur Stabilisierung des globalen Temperaturniveaus ausweglos macht und erhoffte Effizienzsteigerungen verfehlt werden.<\/p>\n In meiner zweiten Modellierungsstudie besch\u00e4ftige ich mich mit der Variabilit\u00e4t des Oberfl\u00e4chenklimas und des Kohlenstoffkreislaufs der Landbiosph\u00e4re unter zeitlich variierenden \u00c4nderungen in der planetaren Strahlungsbilanz (Adam et al., in Vorbereitung). \u201eVariabilit\u00e4t\u201c beschreibt hierbei die H\u00e4ufigkeit und Verteilung extremer Klima- und Umweltbedingungen. Diese Bedingungen beeinflussen ma\u00dfgeblich die Resilienz von nat\u00fcrlichen Kohlenstoffspeichern an Land, aber auch inwieweit die verschiedenen M\u00f6glichkeiten der Klimawandelanpassung tats\u00e4chlich nachhaltig funktionieren k\u00f6nnen. Als variierenden Einflussfaktor auf die Strahlungsbilanz dient vergangenes vulkanisches Aerosolforcing als Analogon einer m\u00f6glichen zuk\u00fcnftigen Intervention durch das Ausbringen von Aerosolpartikeln in die Stratosph\u00e4re. Denn auch hier stellt sich die Frage, inwieweit gegenw\u00e4rtige Modelle in der Lage sind, die Reaktion des Erdsystems auf anthropogene Interventionen pr\u00e4zise abzubilden und inwieweit resultierende Zielkonflikte ihrer eigentlichen Intention gegen\u00fcberstehen. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Resilienz terrestrischer Kohlenstoffspeicher gegen\u00fcber variablem Aerosoleinfluss. Zum Anderen lassen sich potentiell viele der durch das komplexe Erdsystemmodell simulierten Ver\u00e4nderungen in der Klimavariabilit\u00e4t als Antwort auf Strahlungsinterventionen auch mittels statistischer Modelle (\u201eEmulatoren\u201c) nachbilden. Diese Erkenntnis ist sehr hilfreich, denn sie erm\u00f6glicht die effiziente Betrachtung vieler m\u00f6glicher \u201eZuk\u00fcnfte\u201c wie sie mit einem rechenintensiven Erdsystemmodell alleine kaum m\u00f6glich w\u00e4re.<\/p>\n Meine abschlie\u00dfende Studie (Adam et al., in Vorbereitung) kn\u00fcpft an ein Ergebnis aus den beiden vorgehenden Projekte an. In beiden Projekten f\u00e4llt die hohe simulierte Resilienz von Landbiosph\u00e4re und Kohlenstoffspeichern sowohl gegen\u00fcber Landnutzung f\u00fcr k\u00fcnstliche CO2<\/sub>-Entnahme als auch gegen\u00fcber zus\u00e4tzlicher Variabilit\u00e4t in der Strahlungsbilanz auf. Deshalb ist es angebracht die Sensitivit\u00e4ten des MPI-ESM gegen\u00fcber klimatischen Extrembedingungen systematisch zu beobachtungsbasierten Daten und einem anderen Landmodell zu vergleichen. Es zeigt sich allgemein eine hohe \u00dcbereinstimmung der beobachteten und simulierten Reaktion von biosph\u00e4rischen Kohlenstofffl\u00fcssen auf klimatische Extreme, was die Glaubw\u00fcrdigkeit der zuvor erzielten Modellergebnisse auf einer globalen Ebene unterstreicht. Die beobachtete r\u00e4umliche Streuung zeigt jedoch die Grenzen bei der Modellierung lokalisierter Prozesse auf.<\/p>\n Wie die Resultate meiner ersten Modellierungsstudie zeigen, sind die urspr\u00fcnglich erwarteten klimatischen Effekte als Treiber von idealisierten Landnutzungskonflikten zumindest f\u00fcr die \u201ek\u00fcnstliche Photosynthese\u201c als beispielhaftem CDR-Ansatz nicht in einem Ma\u00df zu erwarten, dass eine ma\u00dfgebliche Rolle f\u00fcr\/gegen eine lokale Implementation durch Landnutzungsagenten anzunehmen ist. Vielmehr erscheinen der Fl\u00e4chenverbrauch an sich, sowie \u00f6konomische Aspekte auschlaggebend. Darum fokussiere ich mich in der restlichen Promotionszeit auf die beiden verwandten und bereits fortgeschrittenen Studien zu Interventionen in die planetare Strahlungsbilanz und zur Modellsensitivit\u00e4t. Durch beide Studien verfolge ich weiterhin die \u00fcbergreifende inhaltliche Frage nach Zielkonflikten beim Erreichen eines nachhaltigen Klimapfads sowie einen innovativen Modellierungsansatz. Auch die Methodik ist \u00e4hnlich, so beispielsweise durch den Einsatz statistischer Emulatoren und der Klimadatenanalyse. Dadurch ist es realistisch mein Promotionsprojekt \u00fcber das kommende Jahr abschzulie\u00dfen. Die klima- und umweltwissenschaftlichen Erkenntnisse meiner Arbeit sind insbesondere f\u00fcr eine quantitativere Erforschung neuartiger anthropogener Interventionen und resultierender Zielkonflikte relevant. Diese Grundlagenforschung ist in Anbetracht der wachsenden Unvermeidbarkeit von anthropogenen Interventionen essentiell, um Risiken f\u00fcr Menschen und Umwelt zu reduzieren.<\/p>\n \u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Komplexe Erdsystemmodelle sind essentiell f\u00fcr die Bewertung anthropogener Interventionen zur Eind\u00e4mmung von Klimawandelfolgen. Sie erlauben es die Wirksamkeit von Emissionsreduktionen zu belegen, werden aber auch herangezogen, um Nutzen und Umweltrisiken von gro\u00dfskaliger k\u00fcnstlicher Kohlenstoffdioxidentnahme und solarem Strahlungsmanagement abzusch\u00e4tzen. 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