Permafrostlandschaften zeichnen sich oft durch räumliche Heterogenität aus. Zum Beispiel unter dem borealen Walddach variieren thermische und hydrologische Einflussfaktoren wie die Schneehöhe bereits bei horizontalen Abständen von einigen Metern deutlich. Im Kontrast zu dieser ausgeprägten Kleinskaligkeit des physikalischen Phänomens steht die Notwendigkeit großflächiger Modellierungen. Denn: Permafrost spielt eine wichtige Rolle im Klimasystem, da er ein erhebliches Reservoir an Kohlenstoff darstellt, welches durch Auftauen verstärkt in die Atmosphäre übergeht. Da der Prozess etwa ein Viertel der Nordheimsphären-Landoberfläche betrifft, kann er selbst auf zukünftigen Hochleistungsrechnern nur in sehr grober Auflösung simuliert werden. In meiner Promotion plane ich durch Homogenisierung, einer mathematischen Multiskalen-Methode, die gemittelte Wirkung kleinskaliger Physik innerhalb des groben Gitternetzes des globalen Land- und Vegetationsmodells LPJmL abbilden.
Das Ziel ist es, damit die Rolle von heterogener Schneeverteilung unter Walddächern für den Erhalt des borealen Kohlenstoffspeichers zu quantifizieren. Der Schnee isoliert im Winter den Boden vor kalten Lufttemperaturen und wie kleinskalige Modelle zeigen, entweicht die Bodenwärme dann bevorzugt durch Schneeausdünnungen unter Baumkronen; diese stellen also eine Art kühlende Wärmebrücke dar. Die Anwendung soll weiter als „proof-of-concept“ zeigen, wie sich sub-grid-Heterogenität physikbasiert parametrisieren lässt, um Fehler von Landmodellen zu reduzieren.