Komplexe Erdsystemmodelle sind essentiell f\u00c3\u00bcr die Bewertung anthropogener Interventionen zur Eind\u00c3\u00a4mmung von Klimawandelfolgen. Sie erlauben es die Wirksamkeit von Emissionsreduktionen zu belegen, werden aber auch herangezogen, um Nutzen und Umweltrisiken von gro\u00c3\u0178skaliger k\u00c3\u00bcnstlicher Kohlenstoffdioxidentnahme und solarem Strahlungsmanagement abzusch\u00c3\u00a4tzen. Denn w\u00c3\u00a4hrend diese Interventionen die planetare Erw\u00c3\u00a4rmung begrenzen k\u00c3\u00b6nnen, konfligieren sie durch m\u00c3\u00b6gliche ungewollte Auswirkungen mit anderen Nachhaltigkeitszielen wie der umsichtigen Land- und Ressourcennutzung, der Beibehaltung eines lebensfreundlichen Oberfl\u00c3\u00a4chenklimas sowie dem Erhalt nat\u00c3\u00bcrlicher Kohlenstoffspeicher. Allerdings sind Erdsystemmodelle allgemein und die integrierten Landmodelle im Speziellen urspr\u00c3\u00bcnglich nicht prim\u00c3\u00a4r f\u00c3\u00bcr quantitative Absch\u00c3\u00a4tzungen derartiger Zielkonflikte konzipiert worden. Hierzu fehlen teils die technischen Voraussetzungen in den Modellen. Au\u00c3\u0178erdem k\u00c3\u00b6nnen die in den Modellen vorgenommenen Vereinfachungen dazu f\u00c3\u00bchren, dass sie statistische Variationen unzureichend abbilden, was sowohl klimatische Variablen wie die Oberfl\u00c3\u00a4chentemperatur, aber auch die terrestrische Biosph\u00c3\u00a4re betrifft. Diese Variationen beeinflussen die Wirksamkeit von Ma\u00c3\u0178nahmen zur Klimawandeleind\u00c3\u00a4mmung und -anpassung, und damit auch von gro\u00c3\u0178skaligen Interventionen in das Erdsystem.\u00c2\u00a0<\/p>\n
Mein Promotionsprojekt ist ein klima- und umweltwissenschaftlicher Beitrag zur Quantifizierung und Erweiterung von Modellf\u00c3\u00a4higkeiten anhand eines vielfach verwendeten Erdsystemmodells, dem MPI-ESM. Dabei ist meine Arbeit geleitet von der \u00c3\u00bcbergreifenden Fragestellung, unter welchen Voraussetzungen menschengemachte technische Interventionen mit dem Ziel der Klimawandeleind\u00c3\u00a4mmung zugleich mit anderen Nachhaltigkeitszielen vereinbar sind. Drei Modellierungsstudien bilden den Kern meiner Dissertationsarbeit. Die Modellierungsans\u00c3\u00a4tze und -ergebnisse dieser Studien k\u00c3\u00b6nnen au\u00c3\u0178erdem 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\u00c3\u00a4sentation von landbasierter k\u00c3\u00bcnstlicher CO2<\/sub>-Entnahme vorgenommen habe, untersuche ich unintendierte Auswirkungen sogenannter \u00e2\u20ac\u017ek\u00c3\u00bcnstlicher Photosynthese\u00e2\u20ac\u0153 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\u00c2\u00a0 Potential f\u00c3\u00bcr Landnutzungskonflikte durch den Einsatz von k\u00c3\u00bcnstlichen CO2<\/sub>-Senken auf. Diese bestehen insbesondere in dem Fall, dass eine Verschleppung der Dekarbonisierung den gro\u00c3\u0178skaligen Einsatz dieser CO2<\/sub>-Senken zur Stabilisierung des globalen Temperaturniveaus ausweglos macht und erhoffte Effizienzsteigerungen verfehlt werden.<\/p>\n In meiner zweiten Modellierungsstudie besch\u00c3\u00a4ftige ich mich mit der Variabilit\u00c3\u00a4t des Oberfl\u00c3\u00a4chenklimas und des Kohlenstoffkreislaufs der Landbiosph\u00c3\u00a4re unter zeitlich variierenden \u00c3\u201enderungen in der planetaren Strahlungsbilanz (Adam et al., in Vorbereitung). \u00e2\u20ac\u017eVariabilit\u00c3\u00a4t\u00e2\u20ac\u0153 beschreibt hierbei die H\u00c3\u00a4ufigkeit und Verteilung extremer Klima- und Umweltbedingungen. Diese Bedingungen beeinflussen ma\u00c3\u0178geblich die Resilienz von nat\u00c3\u00bcrlichen Kohlenstoffspeichern an Land, aber auch inwieweit die verschiedenen M\u00c3\u00b6glichkeiten der Klimawandelanpassung tats\u00c3\u00a4chlich nachhaltig funktionieren k\u00c3\u00b6nnen. Als variierenden Einflussfaktor auf die Strahlungsbilanz dient vergangenes vulkanisches Aerosolforcing als Analogon einer m\u00c3\u00b6glichen zuk\u00c3\u00bcnftigen Intervention durch das Ausbringen von Aerosolpartikeln in die Stratosph\u00c3\u00a4re. Denn auch hier stellt sich die Frage, inwieweit gegenw\u00c3\u00a4rtige Modelle in der Lage sind, die Reaktion des Erdsystems auf anthropogene Interventionen pr\u00c3\u00a4zise abzubilden und inwieweit resultierende Zielkonflikte ihrer eigentlichen Intention gegen\u00c3\u00bcberstehen. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Resilienz terrestrischer Kohlenstoffspeicher gegen\u00c3\u00bcber variablem Aerosoleinfluss. Zum Anderen lassen sich potentiell viele der durch das komplexe Erdsystemmodell simulierten Ver\u00c3\u00a4nderungen in der Klimavariabilit\u00c3\u00a4t als Antwort auf Strahlungsinterventionen auch mittels statistischer Modelle (\u00e2\u20ac\u017eEmulatoren\u00e2\u20ac\u0153) nachbilden. Diese Erkenntnis ist sehr hilfreich, denn sie erm\u00c3\u00b6glicht die effiziente Betrachtung vieler m\u00c3\u00b6glicher \u00e2\u20ac\u017eZuk\u00c3\u00bcnfte\u00e2\u20ac\u0153 wie sie mit einem rechenintensiven Erdsystemmodell alleine kaum m\u00c3\u00b6glich w\u00c3\u00a4re.<\/p>\n Meine abschlie\u00c3\u0178ende Studie (Adam et al., in Vorbereitung) kn\u00c3\u00bcpft an ein Ergebnis aus den beiden vorgehenden Projekte an. In beiden Projekten f\u00c3\u00a4llt die hohe simulierte Resilienz von Landbiosph\u00c3\u00a4re und Kohlenstoffspeichern sowohl gegen\u00c3\u00bcber Landnutzung f\u00c3\u00bcr k\u00c3\u00bcnstliche CO2<\/sub>-Entnahme als auch gegen\u00c3\u00bcber zus\u00c3\u00a4tzlicher Variabilit\u00c3\u00a4t in der Strahlungsbilanz auf. Deshalb ist es angebracht die Sensitivit\u00c3\u00a4ten des MPI-ESM gegen\u00c3\u00bcber klimatischen Extrembedingungen systematisch zu beobachtungsbasierten Daten und einem anderen Landmodell zu vergleichen. Es zeigt sich allgemein eine hohe \u00c3\u0153bereinstimmung der beobachteten und simulierten Reaktion von biosph\u00c3\u00a4rischen Kohlenstofffl\u00c3\u00bcssen auf klimatische Extreme, was die Glaubw\u00c3\u00bcrdigkeit der zuvor erzielten Modellergebnisse auf einer globalen Ebene unterstreicht. Die beobachtete r\u00c3\u00a4umliche Streuung zeigt jedoch die Grenzen bei der Modellierung lokalisierter Prozesse auf.<\/p>\n Wie die Resultate meiner ersten Modellierungsstudie zeigen, sind die urspr\u00c3\u00bcnglich erwarteten klimatischen Effekte als Treiber von idealisierten Landnutzungskonflikten zumindest f\u00c3\u00bcr die \u00e2\u20ac\u017ek\u00c3\u00bcnstliche Photosynthese\u00e2\u20ac\u0153 als beispielhaftem CDR-Ansatz nicht in einem Ma\u00c3\u0178 zu erwarten, dass eine ma\u00c3\u0178gebliche Rolle f\u00c3\u00bcr\/gegen eine lokale Implementation durch Landnutzungsagenten anzunehmen ist. Vielmehr erscheinen der Fl\u00c3\u00a4chenverbrauch an sich, sowie \u00c3\u00b6konomische 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\u00c3\u00a4t. Durch beide Studien verfolge ich weiterhin die \u00c3\u00bcbergreifende inhaltliche Frage nach Zielkonflikten beim Erreichen eines nachhaltigen Klimapfads sowie einen innovativen Modellierungsansatz. Auch die Methodik ist \u00c3\u00a4hnlich, so beispielsweise durch den Einsatz statistischer Emulatoren und der Klimadatenanalyse. Dadurch ist es realistisch mein Promotionsprojekt \u00c3\u00bcber das kommende Jahr abschzulie\u00c3\u0178en. Die klima- und umweltwissenschaftlichen Erkenntnisse meiner Arbeit sind insbesondere f\u00c3\u00bcr 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\u00c3\u00bcr Menschen und Umwelt zu reduzieren.<\/p>\n \u00c2\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Komplexe Erdsystemmodelle sind essentiell f\u00c3\u00bcr die Bewertung anthropogener Interventionen zur Eind\u00c3\u00a4mmung von Klimawandelfolgen. Sie erlauben es die Wirksamkeit von Emissionsreduktionen zu belegen, werden aber auch herangezogen, um Nutzen und Umweltrisiken von gro\u00c3\u0178skaliger k\u00c3\u00bcnstlicher Kohlenstoffdioxidentnahme und solarem Strahlungsmanagement abzusch\u00c3\u00a4tzen. 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