Climate Modelling

Die Abteilung Klimamodellierung gehört zum Fachbereich 1 der Universität Bremen und ist Teil des Instituts für Umweltphysik (IUP). In Kooperation mit der am Institut für Physik der Atmosphäre des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) angesiedelten Abteilung "Erdsystemmodell-Evaluierung und -Analyse" analysiert die Abteilung Erdsystemmodellsimulationen des Coupled Model Intercomparison Projects (CMIP) in Kombination mit Beobachtungsdaten, um das Klimasystem und den anthropogenen Klimawandel besser verstehen und vorhersagen zu können.

Die Arbeiten der Modellevaluierung bilden eine wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Klimaprognosen des 21. Jahrhunderts, die in Leitlinien der Klimapolitik verwendet werden. Zu den Aufgaben der Gruppe gehören insbesondere die Entwicklung und Anwendung von innovativen und effizienten Methoden zur Analyse von Erdsystemmodellen in Kombination mit Beobachtungsdaten, sowie die Entwicklung neuer numerischer Tools zur Auswertung großer Datenmengen.

Die Abteilung Klimamodellierung ist eng vernetzt mit internationalen Forschungsaktivitäten innerhalb des Weltklimaforschungsprogramm (WCRP), zum Beispiel durch wesentliche Beiträge zu WCRP CMIP, und trägt regelmäßig zu internationalen Klima- bzw. Ozonsachstandsberichten des Weltklimarats (IPCC) und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) bei.

Unsere Forschungsthemen sind:

• Untersuchung von Erdsystemmodellsimulationen in Kombination mit Beobachtungsdaten, um die Prozesse des Klimawandels und des Klimasystems besser zu verstehen
• Entwicklung von "Emergent Constraints" mit deren Hilfe Unsicherheiten in wichtigen Feedbacks des Erdsystems eingeschränkt werden können
• Verbesserung von Multi-Modell-Klimaprognosen durch gezielte Verwendung von Beobachtungsdaten
• Evaluation und Dokumentation systematischer Fehler in Erdsystemmodellen mit Hilfe von Beobachtungsdaten
• Quantifizierung von Klimaantrieben (engl.: forcings) und Rückkopplungsmechanismen (engl.: feedbacks)
• Vorhersagbarkeit von dekadischen Klimasimulationen
• Entwicklung eines Diagnosetools zur routinemäßigen Überprüfung von Erdsystemmodellen mit Beobachtungsdaten
• Entwicklung und Anwendung neuer Diagnostiken und quantitativer Metriken für eine verbesserte prozessorientierte Modellevaluation
• Identifizierung von Schwachpunkten in Modellen und Empfehlungen für mögliche Modellverbesserungen
• Beiträge zu internationalen Modellvergleichsprojekten (Koordination, Modellsimulationen und Analysen), insbesondere zu CMIP.

Unsere wichtigsten Werkzeuge und Datengrundlagen sind:

• Das ESMValTool zur routinemäßigen und verbesserten Überprüfung von Erdsystemmodellen
• Simulationen mit dem globalen Atmosphären-Chemie-Modell EMAC (ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry)
• Simulationen von Erdsystemmodellen im Rahmen von internationalen Modellvergleichsprojekten (insbesondere CMIP)
• Beobachtungsdaten und meteorologische Reanalysen von Observations for Climate Model Intercomparisons (obs4MIPs), Analysis for Model Intercomparison Projects (ana4MIPs) und von anderen Quellen

Links:

• ESMValTool: https://www.esmvaltool.org/
• CMIP video: (shorter version): https://youtu.be/wTBkq9nWNEE
• CMIP6 video (longer version): https://youtu.be/WdRiYPJLt4o
• WCRP website News: https://www.wcrp-climate.org/wgcm-cmip/cmip-video
• EGU Highlight Article: https://www.egu.eu/news/highlight-articles/586/wcrps-coupled-model-intercomparison-project-a-remarkable-contribution-to-climate-science/

Artikel zum Thema:

• Eyring, V., Bony, S., Meehl, G. A., Senior, C. A., Stevens, B., Stouffer, R. J., and Taylor, K. E.: Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization, Geosci. Model Dev., 9, 1937-1958, doi:10.5194/gmd-9-1937-2016, 2016.
• Eyring, V., Righi, M., Lauer, A., Evaldsson, M., Wenzel, S., Jones, C., Anav, A., Andrews, O., Cionni, I., Davin, E. L., Deser, C., Ehbrecht, C., Friedlingstein, P., Gleckler, P., Gottschaldt, K.-D., Hagemann, S., Juckes, M., Kindermann, S., Krasting, J., Kunert, D., Levine, R., Loew, A., Mäkelä, J., Martin, G., Mason, E., Phillips, A. S., Read, S., Rio, C., Roehrig, R., Senftleben, D., Sterl, A., van Ulft, L. H., Walton, J., Wang, S., and Williams, K. D.: ESMValTool (v1.0) – a community diagnostic and performance metrics tool for routine evaluation of Earth system models in CMIP, Geosci. Model Dev., 9, 1747-1802, doi:10.5194/gmd-9-1747-2016, 2016.
• Eyring, V., Gleckler, P. J., Heinze, C., Stouffer, R. J., Taylor, K. E., Balaji, V., Guilyardi, E., Joussaume, S., Kindermann, S., Lawrence, B. N., Meehl, G. A., Righi, M., and Williams, D. N.: Towards improved and more routine Earth system model evaluation in CMIP, Earth Syst. Dynam., 7, 813-830, doi:10.5194/esd-7-813-2016, 2016.
• Knutti, R., J. Sedláček, B. M. Sanderson, R. Lorenz, E. Fischer, and V. Eyring, A climate model projection weighting scheme accounting for performance and interdependence, Geophys. Res. Lett., 44, doi:10.1002/2016GL072012, 2017.
• Lauer, A., Eyring, V., Righi, M., Buchwitz, M., Defourny, P., Evaldsson, M., Friedlingstein, P., de Jeu, R., de Leeuw, G., Loew, A., Merchant, C.J., Müller, B., Popp, T., Reuter, M., Sandven, S., Senftleben, D., Stengel, M., Van Roozendael, M., Wenzel, S. and Willén, U., Benchmarking CMIP5 models with a subset of ESA CCI Phase 2 data using the ESMValTool, Remote Sensing of Environment, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2017.01.007.
• Stouffer, R. J.,Eyring, V., Meehl, G. A., Bony, S., Senior, C., Stevens, B., and Taylor, K. E.: CMIP5 Scientific Gaps and Recommendations for CMIP6, B Am Meteorol Soc, doi: 10.1175/BAMS-D-15-00013.1, 2016.
• Wenzel, S., Eyring, V., Gerber, E. P., and Karpechko, A. Y.: Constraining Future Summer Austral Jet Stream Positions in the CMIP5 Ensemble by Process-Oriented Multiple Diagnostic Regression, J Climate, doi: 10.1175/JCLI-D-15-0412.1, 2016. 673-687, 2016.
• Wenzel, S., Cox, P. M., Eyring, V., and Friedlingstein, P.: Projected land photosynthesis constrained by changes in the seasonal cycle of atmospheric CO2, Nature, doi: 10.1038/nature19772, 2016.
• Wenzel, S., P. M. Cox, V. Eyring, and P. Friedlingstein, Emergent Constraints on Climate Carbon Cycle Feedbacks in the CMIP5 Earth System Models, JGR Biogeoscience, 119(5): 2013JG002591, 2014.

Kontakt:
Prof. Dr. Veronika Eyring
Vorsitz CMIP Panel