tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:/press/dossiers/klimamodelle
Klimamodelle
2024-03-29T00:00:00+01:00
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/32854067
2022-11-30T17:16:51+01:00
Wolken weniger klimaempfindlich als angenommen
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/32856757/eurek4a---mpi-m-733x414-ed2db7c9626a447d7c17fcebf9d9719f6f1b8440.jpg" /><p><strong>Passat-Kumuluswolken finden sich auf rund 20 Prozent der Erdkugel und kühlen den Planeten. Bisher wurde erwartet, dass diese Wolken durch die Erderwärmung weniger werden und damit den Klimawandel verschärfen. Dies konnte ein Team um Dr. Raphaela Vogel von der Universität Hamburg nun widerlegen. Ihre Studie wurde im Fachjournal Nature veröffentlicht.</strong></p>
<p>Bei einer groß angelegten Messkampagne 2020 erhoben Dr. Raphaela Vogel vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg und ein internationales Team Messdaten der flachen Kumuluswolken nahe der Karibikinsel Barbados. Die Auswertung zeigt, dass Annahmen über den Beitrag dieser Wolken zur Klimaerwärmung korrigiert werden müssen.</p>
<p>„Passatwolken beeinflussen das Klimasystem weltweit, aber sie reagieren offenbar anders als erwartet. Deshalb ist ein sehr extremer Anstieg der Temperatur der Erdoberfläche weniger wahrscheinlich als bisher angenommen“, sagt Atmosphärenwissenschaftlerin Vogel. „Das ist für eine verbesserte Darstellung künftiger Klimaszenarien enorm wichtig, bedeutet aber keine Entwarnung in Sachen Klimaschutz.“</p>
<p>Viele Klimamodelle errechneten für die Zukunft bisher eine starke Abnahme der Passatwolken. Dadurch wäre ein Großteil ihrer kühlenden Funktion weggefallen und die Atmosphäre hätte sich noch weiter aufgeheizt. Die neuen Messdaten zeigen, dass dies nicht der Fall sein wird.</p>
<p>Sicher ist, dass bei fortschreitender Erderwärmung mehr Wasser an der Ozeanoberfläche verdunstet und die Luftfeuchtigkeit an der Unterkante der Passatwolken steigt. Die Luftmassen im oberen Teil der Wolken sind dagegen sehr trocken. Dies führt zu einem größeren Feuchtigkeitsunterschied zwischen oben und unten. Dieser wird innerhalb der Atmosphäre ausgeglichen, indem sich die Luftmassen durchmischen. Die bisherige Hypothese war: Die trockenere Luft würde nach unten transportiert, die Wolkentropfen würden dadurch schneller verdunsten und die Wolke sich eher auflösen.</p>
<p>Die Messdaten von Barbados liefern nun erstmals robuste Zahlen, wie stark die vertikale Durchmischung tatsächlich ist und wie sich die Durchmischung auf die Feuchtigkeit und die Wolkenfläche insgesamt auswirkt. Damit bringen sie erstmals Licht in einen Prozess, der für das Verständnis des Klimawandels grundlegend ist. Eine stärkere Durchmischung führt nicht dazu, dass die unteren Schichten trockener werden und sich die Wolken auflösen. Die Daten zeigen vielmehr, dass die Bewölkung dadurch nicht ab-, sondern zunehmen wird.</p>
<p>„Dies ist eine gute Nachricht, da wir zeigen konnten, dass die Passatwolken weit weniger empfindlich auf die Erderwärmung reagieren als lange angenommen“, sagt Raphaela Vogel. „Mit unseren Beobachtungen und Erkenntnissen können wir direkt testen, wie realistisch Klimarechenmodelle das aktuelle und das zukünftige Auftreten der Passatwolken darstellen „Vielversprechend ist dabei eine neue Generation hochauflösender Klimamodelle, die die Dynamik der Wolken weltweit bis zu einem Kilometer genau abbilden kann. So werden künftige Prognosen genauer und aussagekräftiger.“</p>
<p><br /><em>Die einmonatige Messkampagne EUREC4A im Jahr 2020 beinhaltete umfangreiche Messflüge in der Karibik mit zwei Forschungsflugzeugen, die mit verschiedenen Sensoren ausgestattet waren und in verschiedenen Höhen flogen. Aus einem Flugzeug wurden hunderte so genannte Dropsonden in neun Kilometern Höhe abgeworfen, die im Fallen Daten zu Temperatur, Feuchtigkeit, Druck und Wind erhoben. Das andere Flugzeug hat die Wolken an der Wolkenbasis in 800 Metern Höhe vermessen. Das Ergebnis ist eine einmalige Datenbasis, um die bisher unklare Rolle der Wolken im Klimasystem besser zu verstehen – und ihre Rolle bei Klimaveränderungen genauer abzuschätzen. </em><br /><em> Die Kampagne wurde vom Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie und vom Pariser Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankreich, koordiniert.</em></p>
<p><em>Ob Bewölkung kühlend oder im Gegenteil wärmend wirkt, hängt von ihrer Höhe ab. Die untersuchten Passatwolken liegen mit einer oberen Höhe von zwei bis drei Kilometern eher tief, reflektieren das Sonnenlicht und kühlen damit die Atmosphäre. Höher liegende Wolken verstärken dagegen den Treibhauseffekt und erwärmen das Klima.</em></p><p>Foto: MPI-M</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/32187357
2022-11-02T11:35:55+01:00
Supercomputer "Levante" am DKRZ eingeweiht
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/32187524/2022-09-levante-einweihung-738baa1de4d4182435f49c7b3fdd49942d3bc1a6.jpg" /><p><strong>Der neue Supercomputer Levante wurde am 22. September 2022 am DKRZ mit hochrangigen Vertreter:innen aus Politik und Wissenschaft feierlich eingeweiht. Den Grußworten folgten zwei Podiumsdiskussionen zu den Herausforderungen der Klimaforschung, die Hamburgs exzellenten Ruf als Klimaforschungsstandort verdeutlichten.</strong></p>
<p>„Mit dem heutigen Tag zeigen wir: Klimaforschung in Deutschland wird in Hamburg gemacht.", so Hamburgs Zweite Bürgermeisterin und Wissenschaftssenatorin Katharina Fegebank, die für die Stadt Hamburg die Grußworte sprach.</p>
<p>Levante ist der bislang einzige Supercomputer in Deutschland, der ausschließlich für die Klimaforschung genutzt wird. Das von der Firma Atos bereitgestellte System ermöglicht fortan neue Perspektiven für die computergestützte Klimawissenschaft. „Wenn wir den Klimawandel verlangsamen und aufhalten wollen, müssen wir das Klima insgesamt noch besser verstehen“, sagte Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger, die vor Ort durch Staatssekretärin Judith Pirscher vertreten wurde.</p>
<p>Mit dem neuen Hochleistungsrechner könnten künftig noch umfassendere, höher aufgelöste und somit bessere Klimaprojektionen« möglich sein, die aktuelle Simulationen noch nicht bieten könnten. „Das Fernziel ist, einen digitalen Zwilling der Erde zu erstellen, um das Zustandekommen von Wetter und Klima besser verstehen und genauer vorhersagen zu können“, erklärte Prof. Martin Stratmann, Präsident der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und ergänzt: „Die Folgen des Klimawandels werden sich lokal unterschiedlich auswirken und um das zu verstehen, müssen wir von globalen zu lokalen Modellen mit sehr viel höhere Auflösung übergehen.“</p>
<p>Prof. Otmar Wiestler, Präsident der Helmholz-Gemeinschaft (HGF), fügte hinzu, dass dies nicht nur für den Verlauf von Klimawandel und Wettervorhersagen wichtig sei, sondern vor allem auch für eine wirksame Klimapolitik.</p>
<p>Durch die Veranstaltung führte der Hamburger Meteorologe Frank Böttcher, der jüngst zum neuen Vorsitzenden der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft DMG für die kommenden drei Jahre gewählt wurde.</p>
<p>Er moderierte ebenfalls die beiden im Anschluss an die Grußworte stattfindenden Podiumsdiskussionen, in denen Vertreter:innen aus Wissenschaft, Politik und Verwaltung die Perspektiven, Herausforderungen und Impulse für die deutsche und internationale Klimaforschung sowie die Rolle Klimaforschung im Kontext aktueller Entwicklungen diskutierten. Mit der deutschen Seewarte, dem Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M), dem DKRZ ist die Klimaforschung seit vielen Jahrzehnten fest in Hamburg verankert.</p>
<p>In der ersten Diskussionsrunde zum Thema „Klima, Nachhaltigkeit und Frieden – Wissenschaft vor neuen Herausforderungen?“ standen Prof. Anita Engels als Sprecherin des Exzellenzclusters CLICCS, Prof. Ursula Schröder, Direktorin am Institut für Friedensforschung und Sicherheitspolitik, die MPG- und HGF-Präsidenten Prof. Stratmann und Prof. Wiestler sowie der Präsident der Universität Hamburg, Prof. Hauke Heekeren, Rede und Antwort. Die Besetzung des Podiums spiegelt die Bedeutung Interdisziplinarität in der Klimaforschung wider.</p>
<p>Im zweiten Podium diskutierten Hamburgs Zweite Bürgermeisterin und Wissenschaftssenatorin Katharina Fegebank mit Prof. Jochem Marotzke, Direktor am MPI-M, Prof. Daniela Jacob, Direktorin von GERICS und die stellvertretende CLICCS-Sprecherin Prof. Johanna Baehr über das Thema „Staat, Unis, Institute und Zentren – Lokale Cluster für nationale Exzellenz“.</p>
<p>Eines wurde in vielen Beiträgen deutlich: Klimaforschung braucht Modellsimulationen, und diese erfordern Rechenleistung, Speicherkapazität sowie umfassende technische Unterstützung, wie sie das DKRZ zur Verfügung stellt.</p>
<p>Nach all den Worten erhielten beim Ausklang der Veranstaltung alle Gäste die Möglichkeit, den neuen Supercomputer zu besichtigen, der in der ersten Ausbaustufe seit März 2022 in Betrieb ist und bereits erste Ergebnisse geliefert hat. Jochem Marotzke, Direktor am MPI-M, berichtete: „Die neue Maschine und die bewährte Zusammenarbeit mit dem DKRZ haben es uns soeben ermöglicht, ein Stück des ›Heiligen Grals‹ der Klimamodellierung in die Finger zu bekommen: Wir haben das globale Klimasystem (Ozean und Atmosphäre) mit einer Maschenweite von nur 1 km simuliert – zwar nur für ein paar Stunden, aber dies ist bislang noch niemandem sonst möglich gewesen."</p>
<figure style="width: 100px;" class="mitte"><img src="/32187545/2022-09-levante-ehrengaeste-733x414-238478b8172533406a5f9725db1a05e29b60e28b.jpg" alt="" />
<p class="bildnachweis">Bild:DKRZ</p>
<figcaption class="mitte"></figcaption></figure>
<p>V.l.n.r.: Stellvertretende Sprecherin des Exzellenzclusters CLICCS, Prof. Johanna Baehr; Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, Prof. Martin Stratmann; Direktorin am Institut für Friedensforschung und Sicherheitspolitik, Prof. Ursula Schröder; Präsident der Helmholtz-Gesellschaft, Prof. Otmar Wiestler; Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, Prof. Marotzke; Staatssekretärin (BMBF), Judith Pirscher; Geschäftsführer des DKRZ, Prof. Thomas Ludwig, CEO Big Data & Security / Atos Central Europe, Martin Matzke; Professorin für Soziologie und CLICCS-Sprecherin, Prof. Anita Engels; Direktorin am GERICS, Prof. Daniela Jacobs; Frank Böttcher (Moderation).</p>
<p>Pressemitteilung zur Einweihung von Levante: <a href="https://www.dkrz.de/de/kommunikation/pressemitteilungen/ein-tag-im-zeichen-der-klimaforschung-neuer-supercomputer-levante-in-hamburg-eingeweiht" target="_blank">hier</a></p><p>Foto: DKRZ</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/31543428
2022-11-02T14:07:52+01:00
Hitzesommer in Südeuropa: Temperaturrekorde sind nicht nur Klimawandel
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/31544012/suedspanien-julian-hacker-pixabay-733x414-6ab15cf40e2617b2edff50c68dfeccba48b133c4.jpg" /><p>Auch wenn unsere Wetter-Apps oft etwas anderes versprechen – verlässliche Vorhersagen lassen sich maximal für einige Tage treffen. Um Hitzesommer vorherzusehen, reicht das nicht. Gleichzeitig kann ein gutes Klimamodell zwar mehrere Jahrzehnte in die Zukunft rechnen, ist für solche Jahreszeiten-Prognosen aber zu ungenau. Aus den Modellergebnissen lässt sich lediglich eine Tendenz ableiten, zum Beispiel in welchem Temperaturbereich sich die Veränderungen grundsätzlich bewegen, sie zeigen jedoch nicht die Schwankungen von Jahr zu Jahr. Ich interessiere mich daher für Berechnungen, die genau dazwischenliegen und Zeiträume von bis zu zehn Jahren abdecken.</p>
<figure style="width: 100px;" class="links"><img src="/31544924/leonard-borchert-180x240-473400cc8b7f758ebdab507e14533280a79ac80f.jpg" alt="Portrait von Dr. Leonard Borchert" />
<p class="bildnachweis">Dr. Leonard Borchert ©privat</p>
<figcaption class="rechts"></figcaption></figure>
<p>Für Planungen in der Land- und Forstwirtschaft oder für Hilfsorganisationen sind solche dekadischen Prognosen enorm wichtig. Mit meinen Kolleginnen und Kollegen am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg arbeite ich deshalb daran, diese Vorhersage immer genauer und verlässlicher zu machen. Dafür analysieren wir oft riesige Datenmengen. Fast zufällig machte ich dabei eine Entdeckung: Bevor in Südeuropa hohe Sommertemperaturen auftreten, ist im Frühjahr das Wasser im östlichen Nordatlantik außergewöhnlich warm. Da der Nordatlantik maßgeblich das Wettergeschehen in Europa bestimmt, vermutete ich einen Zusammenhang. Können wir künftig eher mit sommerlichen Hitzerekorden rechnen, wenn die atlantischen Wassertemperaturen im Frühjahr über dem Durchschnitt liegen?</p>
<p>Um das für Südeuropa zu prüfen, bin ich schrittweise vorgegangen. Zuerst analysierte ich Daten aus mehr als 190 Modellrechnungen für die Vergangenheit – und zwar für den Zeitraum von 1970 bis 2014. Diese quasi rückwärts gerichteten Vorhersagen zeigten mir unter anderem die jährlichen Temperaturen im Nordatlantik, im Mittelmeer und über Südeuropa. Zusätzlich integrierte ich Wetteraufzeichnungen für die betreffenden Regionen. Am Ende analysierte ich die Daten mit einem statistischen Modell. Und tatsächlich, die Ergebnisse geben meiner Vermutung recht. War das Wasser im Nordatlantik und im westlichen Mittelmeer im Frühjahr ungewöhnlich warm, gab es in Südeuropa häufiger heiße Sommer. Das zeigen sowohl meine Berechnungen, als auch die realen Wetteraufzeichnungen. Insgesamt zeigt die Temperaturkurve für Südeuropa dabei etwa 25-45 Jahre andauernde Schwankungen. Aktuell befinden wir uns in einer Anstiegsphase, die vermutlich noch bis Mitte des Jahrhunderts andauern wird.</p>
<p>Was meine Analyse außerdem zeigt: Die in den letzten Jahren vermehrt beobachteten heißen Sommer gehen zu zehn Prozent auf die interne Variabilität des Klimasystems zurück. Sie sind also nicht nur eine Folge des steigenden Kohlendioxid-Gehalts in der Atmosphäre, sondern auch Teil natürlicher Schwankungen im Klimasystem. Diese interne Variabilität des Klimasystems wird auch in den kommenden Jahren die steigenden Temperaturen in Südeuropa mitbestimmen. Erst gegen Mitte des Jahrhunderts wird der steigende CO<sub>2</sub>-Gehalt diese natürlichen Schwankungen überlagern.</p>
<p>Meine Verfahren kann somit hilfreiche Warnsignale für die kommenden Jahre liefern: Berechne ich also mit einem Klimamodell die zukünftigen Frühjahrs-Wassertemperaturen im Nordatlantik, und das können die Klimamodelle recht zuverlässig, lassen sich so auch Hitzesommer in Südeuropa für die kommenden Jahrzehnte eindeutiger prognostizieren.</p><p>Foto: pixabay, julian-hacker</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/30145374
2022-12-19T14:47:32+01:00
Wetter und Klima jetzt dreidimensional
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/30145894/2022-04-07-abendblatt-rothaus-733x414-2f7258d47649427f131e621146569a4bb87da71b.jpg" /><p><strong>Wie wird das Wetter morgen, wie das Klima in 20 Jahren? Das errechnen heute komplexe Computermodelle, die als Ergebnis lange Zahlenkolonnen ausspucken. Anschließend müssen die riesigen Datenmengen oft noch als Grafik oder Karte aufbereitet werden, um sie zu deuten – bisher meistens zweidimensional, in 2D. Doch wie wäre es, wenn ich die Atmosphäre unmittelbar und in 3D untersuchen könnte?</strong></p>
<figure style="width: 100px;" class="links"><img src="/30193243/portraet-marc-rautenhaus-b7615fcd92b391337cbba9fe4fcd5857d1b26788.jpg" alt="" width="185" height="245" /><figcaption>Holt mit Informatik mehr aus meteorologischen Daten raus: Dr. Marc Rautenhaus ©privat.</figcaption></figure>
<p>Das habe ich mich in meiner Zeit als Meteorologe in München oft gefragt. Dort war ich an der Planung von Forschungsflügen beteiligt. Meine Aufgabe war es, diejenige Route zu finden, auf der bestimmte interessante Wetterphänomene mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten. Dafür mussten oft in kurzer Zeit verlässliche Prognosen für den anstehenden Flug erstellt werden: Wo tauchen die gesuchten Wolken auf? In welche Richtung werden die Rauchschwaden von Waldbränden ziehen? Solche dreidimensionalen Prozesse musste ich dabei mühsam und zeitaufwendig aus 2D-Karten rekonstruieren.</p>
<p>Andere Bereiche sind hier schon viel weiter. In Computerspielen etwa kann ich Welten durchschreiten, während sich die virtuelle Umgebung direkt an meine Bewegungen anpasst. Ließe sich dies nicht auf wissenschaftliche Daten übertragen? Die Schnittstelle zwischen Meteorologie und Informatik hatte mich schon lange fasziniert. So begann ich mit Grafik-Hardware aus dem Spielebereich zu experimentieren, um meteorologische Daten in einer 3D-Umgebung sichtbar zu machen. Ich programmierte eine Software, mit der ich diese Daten interaktiv darstellen konnte. Am CEN, dem Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit der Universität Hamburg, entwickle ich das Tool zurzeit weiter.</p>
<p>Durch die Rechenleistung der Grafikkarten wird die Darstellung schnell und flüssig, so dass ich Wetterphänomene direkt untersuchen kann. Ich kann horizontal und vertikal durch die Atmosphäre scrollen und sehe die Ereignisse darin ganz unmittelbar dreidimensional. Interessante oder neue Phänomene erkenne ich so intuitiv, ohne lange nach ihnen suchen zu müssen.</p>
<p>Das ist ein wichtiger Schritt für die Forschung, denn durch eine interaktive 3D-Darstellung werden auch verborgene Prozesse sichtbar. Bisher werden Prognose-Daten noch standardmäßig mittels 2D-Karten untersucht. Nur wenn ein Teil der Daten besonders interessant ist, wird in einigen Fällen ein aufwändiges 3D-Bild oder eine 3D-Animation erstellt, um die Abläufe in der Atmosphäre dort besser zu verstehen. Solch eine Darstellung steht also jeweils erst am Ende einer Analyse. Mit der neuen Software – ich nenne sie Met.3D – lassen sich dagegen alle Daten sofort dreidimensional erforschen.</p>
<p>Begrenzt wird die Anwendung dabei von der Menge der Daten, die in den Grafikspeicher passen. Deshalb arbeitet unser Team zurzeit daran, die Datenmenge weiter zu reduzieren. Das gelingt zum Beispiel, indem das Programm bestimmte Strukturen der Atmosphäre wie Kalt- oder Warmfronten automatisiert erkennt. Wollen wir also zum Beispiel Kaltfronten untersuchen, scannen wir die Daten zuvor auf dieses Merkmal, filtern die Treffer heraus und müssen anschließend nur noch diese Daten in den Grafikspeicher überführen. </p>
<p>In Zukunft möchte ich erforschen, welchen Mehrwert das Programm für die Lehre bietet. Ich bin überzeugt, dass Studierende die Prozesse in der Atmosphäre viel besser verstehen, wenn sie die Zusammenhänge in 3D selbst untersuchen können.</p><p>Foto: Met.3D</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/28670522
2021-12-14T11:35:25+01:00
Universität Hamburg entwickelt neues und umfassendes Klimarechenmodell
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/28670658/2021-12-09-koselleck-esm-aenderung-des-meeresspiegel-4abd297ff8987728420c9b310d0c40ecc3867515.jpg" /><p><strong>Ein Forschungsprojekt der Universität Hamburg soll einen Quantensprung in der Qualität von Klimamodellierungen ermöglichen. Dafür fließen erstmals alle verfügbaren Mess- und Beobachtungsdaten der vergangenen 50 Jahre weltweit ein. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Projekt mit 1,25 Millionen Euro.</strong></p>
<p>Der Ozeanograph Prof. Dr. Detlef Stammer vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) an der Universität Hamburg bekommt die Förderung im Rahmen eines Reinhard Koselleck-Projekts als Einzelperson zugesprochen. Mit solchen Projekten fördert die DFG besonders innovative und in einem positiven Sinn risikobehaftete Forschungsansätze. </p>
<p>„In ein solches neues Klimamodell werden alle verfügbaren Messdaten und Beobachtungsdaten einfließen, die uns derzeit vorliegen, um das Modell realistischer zu machen“, sagt Prof. Stammer. Dafür sollen sämtliche vorhandenen Daten der letzten 50 Jahre über die Atmosphäre, den Ozean, den Boden oder das Meereis in das Modell eingespeist werden, zum Beispiel Temperatur, Dichte, Niederschlag oder Kohlenstoffgehalt – weltweit und in unzähligen Zeitschritten. Ein Mammutprojekt.</p>
<figure style="width: 100px;" class="links"><img src="/28670682/2021-12-09-koselleck-stammer-f218276602c07cc20bd7df3f07c90a437ef5b162.jpg" alt="" width="219" height="146" /><figcaption>Reinhard Koselleck-Förderung für Detlef Stammer. ©CEN/UHH/D.Außerhofer</figcaption></figure>
<p>Einen Namen hat das Vorhaben auch schon: EARTH<sup>RA</sup>. Dies steht für Erdsystem-Reanalyse. Das Ziel ist, das Klima der vergangenen 50 Jahre so zu simulieren, dass es mit möglichst allen tatsächlichen Klimabeobachtungen übereinstimmt. Gelingt dies, würde sich ein riesiger Fundus an Wissen über die Vergangenheit eröffnen, denn das Modell könnte auch fehlende Messdaten ergänzen. Zudem würde es Klimavorhersagen für die Zukunft substantiell verbessern, und Wechselwirkungen und Fernwirkungen von Klima-Phänomenen könnten systematischer als bisher erforscht werden. „Wenn wir erfolgreich sind, wird das die weltweite Klimamodellierung enorm voranbringen. Auf solch ein Instrument hat die Forschungsgemeinde lange gewartet. Ich freue mich sehr, dass wir jetzt beginnen können“, so Stammer.</p>
<p>Universitätspräsident Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Dieter Lenzen gratuliert: „Die Förderung im Rahmen der Reinhart Koselleck-Projekte der DFG zeigt einmal mehr die Spitzenklasse der Klimaforschung an der Universität Hamburg. Gerade dieser innovative Forschungsansatz von Prof. Stammer wird die Datenlage in der Klimaforschung maßgeblich voranbringen.“</p>
<p>Doch zunächst birgt der neue Ansatz gewaltige methodische Herausforderungen. Ein Erdsystemmodell setzt sich aus mehreren Teilmodellen zusammen. Es gibt ein Modell für die Atmosphäre, eins für den Ozean, für die Landoberfläche, für Eis, für die Vegetation – sowie für Stoffkreisläufe wie den Kohlenstoffkreislauf auf der Erde. In jedem Teilmodell werden die physikalischen oder chemischen Prozesse möglichst genau durch mathematische Formeln beschrieben. In kompletten Erdsystemmodellen sind diese Teile gekoppelt. Doch auch das detaillierteste Rechenmodell bleibt stets eine Vereinfachung der realen Welt und produziert deshalb auch Fehler. Es ist möglich, dass sich die neu eingespeisten Daten an verschiedenen Stellen „aneinander reiben“, sich also widersprechen und dadurch auf Modellprobleme hinweisen.</p>
<p>„Solche Unstimmigkeiten werden wir nutzen, um das Rechenmodell weiter zu verbessern, zum Beispiel indem wir gezielt bestimmte Parameter des Modells anpassen“, sagt Prof. Stammer. „Um solche Verbesserungen zu überprüfen, schalten wir für einen Bereich des globalen Modells gezielt die Zufuhr von Messdaten aus – zum Beispiel die Daten zur Oberflächentemperatur der Ozeane. Das Modell sollte diese Daten dann simulieren.“</p>
<p>In dieser Weise werden die Forschenden verschiedene Bereiche testen und überprüfen, welche Bausteine im weltweiten Klimarechenmodell verbessert werden müssen. Mit Hilfe der DFG-Förderung kann Detlef Stammer dafür über einen Zeitraum von fünf Jahren mehrere Stellen schaffen.</p>
<p><em>Professor Detlef Stammer ist Direktor des CEN, Sprecher des Exzellenzclusters für Klimaforschung CLICCS (Climate, Climatic Change, and Society) der Universität Hamburg und Leiter des World Climate Research Programme (WCRP).</em></p><p>Foto: DKRZ/MPI-M</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/21031190
2020-05-19T10:29:20+02:00
Wie stark heizt der Atlantik unser Wetter an?
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/21031677/2020-02-20-abendblatt-baehr-meer-733-414-e9e814d3a04235ae8e0e81eab10c3b15b7fd49de.jpg" /><p><strong>Der Atlantik gilt als die Wetterküche Europas – er bringt die Wärme aus den Tropen bis vor unsere Küsten und spielt daher eine wichtige Rolle bei der Wettervorhersage. Dennoch wird er in den entsprechenden Prognoserechnungen stiefmütterlich behandelt: Während die Vorgänge in der Atmosphäre detailliert verfolgt und dazu Tausende von Werten berechnet werden, gehen der Ozean und seine Wärmezufuhr oft nur mit einem einzigen Wert in die Berechnungen ein.</strong></p>
<p>Zwar ist der Atlantik mal wärmer, mal kälter. Verglichen mit der Atmosphäre reagiert der Ozean aber eher träge: Er kann beispielsweise viel Energie aufnehmen, ohne dass sich die Oberfläche spürbar erwärmt. Gleichzeitig speichert er die Wärme lange Zeit und gibt sie nur langsam wieder ab. Daher ist es üblich, für kurzfristige Vorhersagen einfach den Anfangswert beizubehalten – da sich die Wassertemperatur in dieser Zeit erfahrungsgemäß nur wenig ändert. Das funktioniert auch: Gleicht man die Vorhersage später mit dem realen Wettergeschehen ab, sehen wir, dass beides trotz der Vereinfachung gut übereinstimmt.</p>
<figure style="width: 100px;" class="links"><img src="/21031583/2020-02-20-abendblatt-baehr-portrait-e054da36c0895c9f6c125d4af1fe13199db128fc.jpg" alt="" /><figcaption>Prof. Johanna Baehr erforscht das Klima anhand von Klimamodellen. Bild: UHH/CEN<br /></figcaption></figure>
<p>Anders sieht es aus, wenn es um Vorhersagen für ein oder mehrere Jahre geht, also etwa um die Frage, ob der nächste Winter sehr kalt wird oder der Sommer besonders trocken. Diese Art von Prognosen erstelle ich am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg mit meinem Team – und sie sind besonders knifflig. Da ist es ein bisschen so wie bei einer Klassenarbeit: Liegt der Schnitt gewöhnlich bei Note Drei, heißt das noch lange nicht, dass der Schüler Tom oder die Schülerin Julia auch eine Drei schreiben und am Ende des Jahres versetzt werden. Vielmehr hängt das Ergebnis davon ab, wer konkret welche Voraussetzungen mitbringt – also etwa ob Tom das Richtige gelernt hat oder Julia am Abend vorher auf einer Party war. Genauso müssen wir für unsere mehrjährigen Vorhersagen wissen, wie viel Wärme der Atlantik zu Beginn der Vorhersageperiode tatsächlich mitbringt.</p>
<p>Bisher waren Vorhersagen dieser Art deshalb sehr unzuverlässig. Die Trefferquote betrug kaum mehr als 50 Prozent. Berücksichtigen wir bei der Wassertemperatur jedoch, wie der konkrete Zustand vom langjährigen Mittel abweicht, zum Beispiel ob die Temperaturen zu Beginn im Mai diesmal vergleichsweise hoch oder niedrig waren, sind die Ergebnisse mit bis zu 80 Prozent deutlich zuverlässiger. Es ist sogar so, dass unsere Ergebnisse immer dann besonders nah an der Realität sind, wenn die Anfangstemperatur extrem vom Durchschnitt abweicht. Ist der Atlantik also im Mai außergewöhnlich warm oder kalt, können wir die kommenden Monate und Jahre umso treffender vorhersagen.</p>
<p>Das ist auch deshalb interessant, weil es einen Philosophiewechsel bedeutet. Bisher galt: Je mehr Eingangswerte wir mitteln, desto treffender die Prognose – weil kurzfristige „Ausreißer“ dann kaum ins Gewicht fallen. So waren wir es in der Wissenschaft jahrelang gewohnt. Jetzt lernen wir: Weniger ist womöglich mehr. Heißt: Zu bewerten, ob ein bestimmter Eingangswert ungewöhnlich war oder nicht, kann bessere Ergebnisse liefern als das reine Mittel – je nachdem, welches Zeitfenster man betrachtet.</p>
<p>Es kann daher sinnvoll sein, auszuwählen und einzelne Faktoren stärker zu gewichten, quasi eine Art Einzelfallbetrachtung. So schließt eine allgemeine Temperaturzunahme nicht aus, dass es in der konkreten Situation nicht doch ein besonders kaltes Jahr gibt. Genauso wenig bedeutet eine generelle Zunahme des Niederschlags, dass es vorübergehend nicht noch zu Dürren kommt. Wir schauen uns deshalb genau an, welche Werte wir für welche Art Vorhersagen verwenden müssen, um am Ende zuverlässigere Prognosen zu erhalten.</p><p>Foto: BSH</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/20926763
2020-05-19T10:29:27+02:00
Klimavorhersagen: Weniger kann mehr sein
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/20926841/2020-02-12-klimavorhersagen-ce2ec6820589cc41b1dc7cc5259f36629d739502.jpg" /><p>Wie wird das Klima in zwei Jahren sein – oder in zehn? Solche mittelfristigen Vorhersagen haben bisher keine hohe Trefferquote, sind aber für Politik, Landwirtschaft und Energiewirtschaft, aber auch für Versicherer äußerst relevant. Ein neuer Ansatz zeigt jetzt: Manchmal sollte man weniger genau hinschauen, um bessere Prognosen zu erzielen. </p>
<p>Mittelfristige Klimavorhersagen werden auch dekadische Vorhersagen genannt und haben eine Besonderheit. Sie brauchen genau wie die langfristigen Jahrhundert-Vorhersagen, ein Erdsystemmodell und eine gute Abschätzung davon, wie sich zum Beispiel die Stärke der Sonne und die Zusammensetzung der Atmosphäre zukünftig entwickeln werden. Doch zusätzlich hängt ihre Qualität noch stark von den „Startdaten“ ab. Zum Startzeitpunkt der Vorhersage müssen dafür die realen klimatischen Bedingungen auf der Erde möglichst gut abgeschätzt werden und diese Daten sinnvoll in das Erdsystemmodell übertragen werden. Da dieser Prozess äußerst knifflig ist, waren dekadische Vorhersagen bisher nur leicht besser als einfach zu raten.</p>
<p><strong>Mehr Freiheit fürs Modell erzeugt bessere Vorhersagen</strong></p>
<p>„Weniger könnte mehr sein – mit diesem neuen Ansatz haben wir jetzt einen großen Fortschritt erzielt“, sagt Sebastian Brune, Autor <a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/wcc.637" target="_blank">der neuen Studie</a> und Klimaforscher am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit der Universität Hamburg. „Wenn wir dem Klimamodell mehr Freiheit geben, beim Start vom tatsächlich beobachteten Klima abzuweichen, erzielen wir deutlich bessere Vorsagen.“</p>
<p>Bislang galt, je besser das Modell zum Start der Vorhersage mit dem real beobachteten Klima übereinstimmt, desto genauer müssten auch die Prognosen werden. Doch diese Daten dafür sind nicht immer einfach zu bekommen. Obwohl die kontinuierliche Vermessung von Atmosphäre und Ozean weltweit in den letzten 20 Jahren große Fortschritte gemacht hat, weist besonders der Ozean noch Lücken auf. Hinzu kommt, dass zwischen einzelnen Datensätzen durchaus Widersprüche auftreten können.</p>
<p>Tatsächlich bildet jedes Erdsystemmodell nur Grundzüge des realen Erdsystems ab. Ebenso können die gemessenen Beobachtungsdaten niemals alle Aspekte des Erdsystems widerspiegeln. Deshalb können die Daten nicht einfach eins zu eins auf ein Erdsystemmodell übertragen werden. Stattdessen müssen sie an das vereinfachte Modell angepasst werden. Für diesen komplexen Prozess der Assimilation gibt es unterschiedliche Verfahren. Sie lassen dem Modell dabei teils mehr, teils weniger Freiheiten, von dem beobachteten realen Erdsystem abzuweichen.</p>
<p><strong>Messdaten sind nicht alles</strong></p>
<p>Um die Treffsicherheit der Prognosen zu erhöhen, verglichen Sebastian Brune und seine Kollegin Johanna Baehr verschiedene Methoden der Assimilation. Wie beeinflussen sie die Qualität der dekadischen Vorhersagen? Das Team wich dabei vom gängigen Ansatz ab und testete auch Konstellationen, in denen das Erdsystemmodell zum Start der Vorhersagen stärker von den real gemessenen Klimadaten zum selben Zeitpunkt abweichen durfte.</p>
<p>Und tatsächlich, für die Region um den Nordatlantik erzielte das Team die beste Vorhersagequalität, wenn es dem Erdsystemmodell mehr Freiheiten bei der Aufnahme der Startdaten gab. Dabei trugen Beobachtungsdaten aus der Atmosphäre wie auch aus dem Ozean dazu bei, die Prognosen zu verbessern. „Wir erlaubten dem Ozean, mehr Informationen aus der Atmosphäre aufzunehmen, ohne jedoch die Beobachtungen aus dem Ozean zu vernachlässigen“, erklärt Klimaforscher Brune.</p>
<p>Gewährte das Forscherteam dem Modell jedoch allzu viel Freiheit, dann sank die Qualität der mehrjährigen Vorhersagen wieder. Für spezifische Fragestellungen muss also jeweils die passende Gewichtung gefunden werden. „Es lohnt sich, danach zu suchen“, sagt Brune. „Mit einem gesunden Mix aus beobachteten und modellierten Daten lassen sich mehrjährige Klimavorhersagen substanziell verbessern.“</p>
<p>Der Artikel ist zuerst bei <a href="https://www.advancedsciencenews.com/climate-predictions-sometimes-less-is-more/" target="_blank">Advanced Science News</a> erschienen.</p>
<p> </p><p>Foto: UniHH/CEN/T.Wasilewski</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/17125681
2020-05-19T16:41:36+02:00
Ein Bild sagt mehr als 1000 Zahlen
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/17390608/2019-02-04-abendblatt-portugal-de-733x414-c26742afe2b6a885c6104e70dabb3bed267af054.jpg" />Supercomputer erzeugen riesige Datenmengen, die schwer durchschaubar sind – es sei denn, Forschende verwandeln sie in einen Film.<p>Foto: UHH/CEN/N.Sera</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/19194771
2020-05-20T11:24:53+02:00
Risiko für Küsten: Höhere Wellen durch Klimawandel
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/19140781/dobrynin-wellen-733x414-60addde14206e7e8739b2a5a37f3a001c2771e54.jpg" /><p><strong>Wie werden sich weltweit die Wellen durch den Klimawandel ändern? Wenn es gelingt, die globale Erderwärmung auf zwei Grad Celsius zu begrenzen, würden die Veränderungen wahrscheinlich im Rahmen der natürlichen Klimaschwankungen bleiben. Dies hat ein internationales Forscherteam jetzt im Fachmagazin Nature Climate Change veröffentlicht. Falls jedoch die Emissionen von Treibhausgasen nicht drastisch reduziert werden, sind fast 50 Prozent der Küsten weltweit von veränderten Wellen bedroht. Dr. Mikhail Dobrynin vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg war maßgeblich an der Studie beteiligt.</strong></p>
<p>Die Wellen können sich demnach deutlich in ihrer Höhe, Periode und Richtung ändern, wenn das Zwei-Grad-Ziel überschritten wird. Die Südküste Australiens gehört zum Beispiel zu den Gebieten, die von höheren Wellen betroffen wären. Das Forschungsteam hat dafür bestehende, multimethodische globale Prognosen zur Veränderung von Wellen durch den Klimawandel analysiert.</p>
<p>Das so genannte „Wellen-Klima“ beschreibt dabei die Eigenschaften von Wellen im Ozean sowie ihr natürliches zeitliches und räumliches Auftreten weltweit. Die drei bestimmenden Größen sind dabei Wellenhöhe, Wellenperiode und Wellenrichtung.</p>
<p>Für ein Szenario mit hohen Emissionen haben der Leitautor Joao Morim von der Griffith University in Australien und sein Team jetzt gezeigt, dass sich die durchschnittliche jährliche Wellenhöhe und die Wellenperiode (um fünf bis 15 Prozent) sowie die durchschnittliche Richtung (um fünf bis 15 Grad) in ausgedehnten Regionen erheblich verändern würden. Für rund die Hälfte aller Küstenregionen weltweit stimmen darin alle untersuchten Prognosen überein. An 40 Prozent der Küstenlinien werden sich sogar zwei oder alle drei Parameter ändern. Für die Studie wurden zahlreiche Projektionen für den Zeitraum von 2081 bis 2100 untersucht und mit dem heutigen Klima verglichen, um die Unterschiede zu quantifizieren.</p>
<p>„Eine wichtige Voraussetzung für unsere Ergebnisse war, dass wir die große Menge an Daten, die wir dafür benötigt haben, koordiniert produziert und analysiert haben“, sagt Mikhail Dobrynin vom CEN. Im Rahmen des Coordinated Ocean Wave Climate Projekts haben sich insgesamt zehn internationale Forscherteams, die verschiedene Wellenmodelle benutzen, auf eine identische Arbeitsweise geeinigt, um die Ergebnisse mehrerer Klimamodelle zu verschiedenen Klimaszenarien direkt vergleichen zu können.</p>
<p>„Obwohl die Studien Unterschiede vorweisen, können wir zeigen, dass die Änderungen der Wellen wahrscheinlich im Rahmen der natürlichen Schwankungen bleiben werden, wenn das Zwei-Grad-Ziel des Pariser Klimaabkommens erreicht wird“, sagt Joao Morim.</p>
<p>Werden dagegen die Treibhausgase weiter wie bisher emittiert, wird rund die Hälfte der Küsten weltweit von Wellenänderungen in Höhe, Periode oder Richtung betroffen sein. Die Veränderungen variieren regional stark. Die regionalen Unterschiede in Höhen- und Längenänderung belaufen sich auf bis zu zehn Prozent bzw. fünf Prozent, die Richtungsänderung kann regional um 17 Grad vom Durchschnitt abweichen.</p>
<p>Die Höhe der Wellen wird sich an knapp fünf Prozent der Küsten ändern, darunter die Südküste Australiens und Abschnitte der Pazifikküste in Süd- und Zentralamerika. In Regionen wo sich nur die Wellenlänge oder Wellenperiode ändert, wird die Küste und die dortige Infrastruktur starken Kräften ausgesetzt sein. Hier könnten die Wellen höher auflaufen als bisher, Überschwemmungen würden damit wahrscheinlicher. Ähnlich würde eine Richtungsänderung der Wellen, die an rund 20 Prozent der Küsten weltweit auftreten wird, den Transport von Sedimenten entlang der Küste verändern.</p>
<p> </p><p>Foto: UHH/CEN/T.Wasilewski</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/14580067
2020-05-22T13:48:36+02:00
„Klimadaten nur zu sammeln, genügt nicht“
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/14580366/2018-10-01-haiyan-733x414-a5a275c749567064d6104a45cf315cfb93bc5733.jpg" />Erst vor wenigen Tagen hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft grünes Licht gegeben: Der Exzellenzcluster „Climate, Climatic Change, and Society“, kurz CliCCS, wird ab 2019 für sieben Jahre gefördert. Schon jetzt befassen sich Forschende mit wichtigen Aspekten hierzu, zum Beispiel beim Workshop „Future Climate Data Management“. Warum sie Klimabeobachtungen besser zugänglich machen wollen, haben wir CliCCS-Sprecher Prof. Dr. Detlef Stammer gefragt.<p>Foto: UHH/CEN/F.Brisc</p>
tag:www.cen.uni-hamburg.de,2005:NewsroomArticle/11006266
2020-05-22T13:48:34+02:00
Erstmals verlässliche Drei-Monats-Prognosen für Winter in Europa möglich
<img width="293" height="165" style="float:left" src="https://assets.rrz.uni-hamburg.de/10964242/2018-04-12-seasonal-pred-733x4141-4d668ef2cf56bd5c0e19d2cd2fcd9a2ec28e9185.jpg" />Mit einer ganz neuen Methode kann die Qualität der saisonalen Vorhersagen für den Winter in vielen Teilen Europas deutlich erhöht werden. Bisher konnten vor allem für die Tropen brauchbare Vorhersagen gemacht werden. Ein Team um Dr. Mikhail Dobrynin und Prof. Dr. Johanna Baehr vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg veröffentlichte die Ergebnisse jetzt im Fachblatt Geophysical Research Letters. <p>Foto: Dave Haas, CCO</p>