Forskare från Alfred Wegener Institute nu, för första gången, mata resultaten från deras globala modeller direkt till databasen mellan regeringarna om klimatförändringar. Data är särskilt intressanta eftersom den underliggande modellen, utvecklad vid AWI, skildrar havsisen och haven med mycket större definition än konventionella metoder. Resultaten används av klimatforskare och intressenter runt om i världen för att bestämma effekterna av klimatförändringar på människor och miljö.

Hur mycket varmare kommer jorden att bli under de kommande decennierna till följd av klimatförändringarna? Hur kommer detta att förändra vår värld? Detta är några av de mest angelägna frågorna i vår tid, och forskare runt om i världen använder klimatmodeller i ett försök att hitta svaren. Men jordens klimat är extremt komplext och att modellera det med hjälp av superdatorer är svårt. Varje klimatmodell har sina styrkor och svagheter. För att bättre kunna uppskatta den framtida klimatutvecklingen, resultaten från olika klimatmodeller runt om i världen jämförs, eftersom jämförelser gör det tydligare vilken klimatutveckling som är mest trolig och vilken grad av osäkerhet prognoserna har. Totalt cirka 50 forskningsinstitutioner världen över deltar i detta omfattande internationella projekt, kallas Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Det är oerhört viktigt eftersom resultaten matas in i en internationell databas och utgör grunden för nästa IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) -rapport, som kommer att publiceras år 2021 - den sjätte utvärderingsrapporten, AR6.

Endast tre institutioner från Tyskland

Nu, för första gången, Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI), med sin egen modell, är en del av detta stora internationella jämförelseprojekt. För bara några dagar sedan, AWI -forskarna skrev in sina första detaljerade klimatmodellresultat i den internationella CMIP -databasen. "Det är väldigt speciellt att tillhöra en av de institutioner som ger ett betydande bidrag till de uppgifter som utvärderingsrapporten kommer att baseras på, "kommenterar meteorolog Dr Tido Semmler, som samordnar AWI:s arbete för det internationella jämförelseprojektet CMIP. "Det är bara tre forskningsinstitutioner från Tyskland inblandade - Max Planck Institute for Meteorology i Hamburg, tyska Aerospace Center och oss. "Dessutom det tyska klimatberäkningscentret (DKRZ) i Hamburg spelar en nyckelroll, eftersom den erbjuder de tre institutionerna datortid och lagringsutrymme samt stöd för att utföra simuleringar och tillhandahållande av data.

Det finns en särskild anledning till att AWI nu har engagerat sig:experterna har använt en ny och, hittills, lite använd metod för att modellera klimatet-ett så kallat "ostrukturerat nät", vilket när det gäller klimatforskning uppgår till en minirevolution. Tills nu, nästan alla forskargrupper runt om i världen har arbetat med så kallade "strukturerade rutnät". Principen bakom dessa rutnät är enkel:eftersom modellering av det globala klimatet är alldeles för komplext, forskare delar jorden och atmosfären i rutnät, kuber med kanter som vanligtvis är 100 kilometer långa. I dessa lådor, det biologiska, kemiska och fysiska processer som påverkar klimatet kan modelleras med hjälp av superdatorer. Men det faktum att en längd på 100 kilometer är alldeles för grov för att direkt ta hänsyn till viktiga processer - som de små virvlarna, bara några kilometer i storlek, i Golfströmmen och andra havsströmmar som leder till ökat värme- och fuktutbyte mellan havet och atmosfären. Många klimatmodeller kan inte exakt avbilda golfströmmen, som har sitt ursprung i Mexikanska golfen och färdas norrut längs Floridas kust innan han svävar österut mot Europa. I många modeller rör sig strömmen alldeles för långt mot norr på grund av att de små virvlarna inte ingår.

Ett justerbart rutnät

Helst skulle vi ha ett mer finmaskigt globalt nät med rutor som inte täcker mer än tio kilometer. Men det skulle öka antalet individuella beräkningar. Även för klimatsimuleringar som sträcker sig över bara några år, en stordator skulle behöva flera veckor. Men experter på AWI har nu utvecklat ett alternativt "ostrukturerat nät". Detta gör att de enskilda rutnätelementen kan skalas ner - till ungefär tio kilometer - för vissa utvalda regioner. Medan klimatet för hela jordklotet kan modelleras med ett rutnät med rutor av normal storlek, det flexibelt justerbara nätet gör det i viss utsträckning möjligt att zooma in på specifika regioner, som Golfströmmen. Det ostrukturerade nätet har lagt till en intressant ny dimension till klimatmodellering, vilket är mycket viktigt för CMIP -processen.

En unik direkt jämförelse

"I regel, inom klimatmodellering kombinerar vi olika modeller som simulerar olika saker - till exempel en modell som beskriver havet i detalj och en andra modell som visar processerna i atmosfären, "förklarar Tido Semmler." Havsmodellen FESOM, som vi utvecklat, använder ett ostrukturerat rutnät. För atmosfären, å andra sidan, vi använder en konventionellt strukturerad modell som utvecklats vid Max Planck Institute for Meteorology. "Detta gör jämförelser i samband med CMIP särskilt intressanta:Max Planck Institute for Meteorology kopplar samman den atmosfäriska modellen med dess havsmodell, som bygger på det traditionella rutnätet. Men kollegorna på AWI förenar den atmosfäriska modellen med sin egen havsmodell, som använder det ostrukturerade rutnätet. "Vi och CMIP -partnerna är angelägna om att se en direkt jämförelse av dessa resultat, säger Tido Semmler.

Viktig data för forskning om klimatpåverkan

Resultaten från cirka 50 klimatmodeller, som AWI och de andra CMIP -partnerna för närvarande matar in i den internationella databasen, kommer att användas av många andra forskare under de kommande två åren. Framför allt av de experter som undersöker klimatförändringarnas inverkan på människor och livsmiljöer på vår planet. Dessa forskningsresultat kommer, i tur och ordning, vara grunden för IPCC -rapporterna; den sjätte utvärderingsrapporten och även sammanfattningen av IPCC:s rapport, syntesrapporten, som främst kommer att innehålla policyrekommendationer.

Exempel på modelleringsresultat (se grafik online):Den genomsnittliga globala temperaturutvecklingen från 1850 till 2100 enligt den nya AWI -klimatmodellen.

AWI -klimatmodellen innehåller de viktigaste naturliga drivkrafterna för jordens temperatur, som solstrålning, naturliga växthusgas- och aerosolkoncentrationer samt vulkaniska aerosoler. Den grå linjen representerar kontrollkörningen med naturliga drivrutiner och växthusgaskoncentrationer på 284 ppm CO ₂ för år 1850. Den svarta linjen visar den historiska genomsnittliga globala temperaturutvecklingen med ökande växthusgaskoncentrationer från 1850 upp till 400 ppm CO ₂ i dag, som har lett till en global global uppvärmning av cirka 1 ° C. De färgade linjerna visar den möjliga framtida utvecklingen av den genomsnittliga globala temperaturen beroende på utsläppsscenariot.

Fluktuationerna i linjerna visar de naturliga variationerna i den genomsnittliga globala temperaturen utan utsläpp av växthusgaser. För den historiska trenden (svart linje) och de måttliga scenarierna (cirka 4 ° C uppvärmning med 871 ppm CO ₂ år 2100) för framtiden (gul linje), flera simuleringar genomfördes för att uppskatta graden av osäkerhet för resultaten. AWI -modellerna har ett fluktuationsintervall på ungefär en halv grad Celsius.

För scenariot med låga utsläpp (445 ppm CO ₂ år 2100), Det kommer att behövas samordnade ansträngningar för att minska utsläppen av växthusgaser för att begränsa ökningen av den genomsnittliga globala temperaturen till inom 2 ° C. med högemissionsscenariot (1142 ppm CO ₂ år 2100) antas det att inga åtgärder vidtas för att minska utsläppen av växthusgaser, så att enligt den nuvarande modellen den globala medeltemperaturen kommer att stiga med cirka 5 ° C.