MOE-Fellowship

Nadezhda Sokolova

Verifikation der Modell- und Geologiedaten für die Klimaforschung

'Unser Klima ist vermutlich das komplexeste und 
umstrittenste Thema aller Zeiten...'

(Rapley und Macmillan, 2015).

Bei der Interpretation der Meeresdaten kann man in die Vergangenheit zurückblicken, auf verschiedene Erdsystemmodelle und statistische Methoden zurückgreifen und diese Methoden für die Zukunftsprognosen benutzen. Wegen der globalen Erwärmung unseres Planeten knüpfen sich an die Klimaproblematik wirtschaftliche, politische und ethische Fragen. Bei manchen Aspekten wie, zum Beispiel, den Faktoren der Klimaänderungen in der Vergangenheit, ist unser Wissen zur Zeit lückenhaft.
              
Als Stipendiatin der Deutschen Bundesstiftung Umwelt habe ich meine Forschungsarbeit am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung gemacht. Ich analysierte erdgeschichtliche Klimaveränderungen, die das Klimasystem vergangener Epochen bestimmt haben. Während meines Praktikums habe ich das sogenannte Interglazialpaläoklima modelliert. Das heißt, das Klima, dass vor 130 Tausend Jahren herrschte. In meinem Abschlussbericht möchte ich die Ergebnisse darstellen, die ich bekommen habe.    

Ich benutzte dafür das Erdsystemmodell “COSMO” des Alfred-Wegener-Instituts. Dieses hochentwickelte Modell erlaubt die Änderungen der wesentlichen Komponenten der Erde zu simulieren, und zwar: die Atmosphäre, den Ozean, die Eisdecke und das Festland.

Die Ziele meines Projektes sind die folgenden:

1) Das Interglazialklima erfolgreich zu simulieren;
2) Die Modellierungsergebnisse mit den geologischen Daten zu vergl0eichen;
3) Die Vergleichsmethoden zu entwickeln.

Dabei ist das Hauptziel meiner Forschungsarbeit, die Meeres- und Modelldaten zusammenzustellen und eine Datenvergleichsanalyse durchzuführen. Der Datenvergleich ist bisher einzigartig im Bereich der Klimawissenschaften und der Ozeanographie in Kaliningrad. So dient dieses Projekt der gegenseitigen Zusammenarbeit zwischen Mitarbeitern aus Geologie und Modellierung. 

Meine Forschungsarbeit besteht aus fünf Teilen:

1. Analyse der thematischen Literatur und Sammlung von relevanten Informationen zu den Themen: “stabile Wasser-Isotope”, “Letztes Interglazial”, “Klimamodellierung”;
2. Modellierung des Interglazialklimas im Nordatlantik mit dem globalen Klimamodell;
3. Überprüfung der Ergebnisse von Simulationen mit statistischen Methoden;
4. Visualisierung des vergangenen Klimas mit “Python”;
5. Zusammenstellung der Simulations- und Geologiedaten. 

Literaturüberblick mit dem Fokus auf die Veränderungen im Nordatlantik. Ich analysierte paläoozeanische Daten aus dem Nordatlantik. Der subpolare Nordatlantik spielt im Weltozean eine besondere Rolle als der wichtigste Impulsgeber des weltweiten Zirkulationssystems (Demmler, 2011). Im Nordatlantik bewegt sich von Süden nach Norden eine große Menge Warmwasser: der Golfstrom (Abb. 1). Diese Meeresströmung transportiert überschüssige Wärme aus den niederen Breiten in die Polarregionen und übt trotz ihrer abgelegenen Lage einen erheblichen Einfluss auf das Klima in Europa aus. Dies hängt besonders mit den bedeutenden Kopplungsprozessen zwischen der sogenannten Kryosphäre (Eisschilde, Meereis, Schnee und Permafrost) und der atmosphärischen Zirkulation zusammen.

Um Klimaveränderungen zu analysieren, benutzt man verschiedene Klimaarchive, und zwar: geologische Angaben, Ergebnisse der Satellitenbeobachtungen und simulierte Daten. Während des Praktikums beschäftigte ich mich mit dem Vergleich von Geologie- und Modelldaten, weil der kombinierte Ansatz der Analyse von Klimaarchivdaten und Modelldaten uns helfen kann, ein besseres Verständnis für    Klimaübergänge, ihre Antriebe und die Rückkopplungsmechanismen im Klimasystem zu entwickeln.
 

Am Anfang meines Praktikums arbeitete ich durch mir die Dokumentationen des globalen Klimamodells (den Quellcode des Modells), das AWI Dateisystem (Supercomputer- und Linux-Struktur), die Modellkomponenten (ECHAM6, MPIOM, JSBACH) und statistische Methoden (CDO, NCL), mit deren Hilfe ich die Ergebnisse der Simulationen durchführen und analysieren konnte. 

Für die Experimente nutzte ich das gekoppelte Ozean-Atmosphären- und Erdsystemmodell “COSMOS”. Das Modell stellt eine Kombination aus folgenden Komponenten dar: ein allgemeines  Zirkulationsmodell des Ozeans (MPIOM), eine fortschrittliche Betrachtung der terrestrischen Biosphäre (JSBACH) und das allgemeine Zirkulationsmodell der Atmosphäre (ECHAM6). Diese Komponentenmodelle führen die geo- und biochemischen, geologischen und physisch-geographischen Daten aus modernen Satellitenbeobachtungen zusammen. Zu diesen Daten gehören unter anderem: Temperatur, Salzgehalt, Meereisparameter (die Dicke und die Ausdehnung der Polarmeereises), Vegetation des terrestrischen Bereichs, Niederschlagsrate und einiger weitere. Ich hoffe dieses Projekt wird die gegenseitige Zusammenarbeit von Geologie und Modellierung verbessern.

Eine der Ergebnisse, die ich während meines Praktikums erhalten habe, zeigen kältere Bedingungen im Nordatlantik vor 130 Tausend Jahren. Ich habe auch die Sauerstoffisotopewerte bekommen, die ich mit den modernen Daten und die Daten von den anderen Simulationen vergleichen kann.

Ich hoffe dieses Projekt wird die gegenseitige Zusammenarbeit von Geologie und Modellierung verbessern.