Klimaresilienz unter Scenarien mit Null-Emissions Verpflichtung

• Antragsteller: Professor Dr. Niklas Boers
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551886647

Mehrere Teilsysteme des Erdsystems könnten bei fortschreitender globaler Erwärmung an Resilienz verlieren. Selbst wenn die CO2 Emissionen in den kommenden Jahrzehnten auf Null reduziert werden, werden sich die früheren Emissionen auf längeren Zeitskalen weiter auswirken und weiterhin wichtige Klima-Subsysteme beeinträchtigen. Zudem könnte eine rasche Verringerung der Emissionen auf Netto-Null z. B. zu einem abrupten Zusammenbruch und anschließdener Erholung der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) führen, abhängig vom Grad der globalen Erwärmung, bei dem die Netto-Null-Emissionen erreicht werden. Da selbst bei Netto-Null Emissionen erhebliche Auswirkungen auf die Resilienz des Klimas zu erwarten sind, ist eine eingehende Untersuchung dringend erforderlich. Wir werden die globale Klimaresilienz unter verschiedenen ZEC-Szenarien (Zero Emission Commitment) untersuchen und dabei Large-Ensemble-Simulationen des state-of-the-art Erdsystemmodells CESM2 mit theoretischen Ansätzen zur Quantifizierung der Resilienz kombinieren. Wir werden uns auf die atlantische Ozeanzirkulation, die tropischen Regenwälder einschließlich des Amazonas und die globalen Monsunsysteme konzentrieren. Auf der Grundlage der Theorie dynamischer Systeme werden wir die Resilienz dieser Teilsysteme unter verschiedenen Nullemissionsszenarien quantifizieren und Schwellenwerte für die globale Erwärmung ermitteln, die für die Aufrechterhaltung ihrer Resilienz notwendig sind. Große Ensembles werden eine gründliche Untersuchung von damit verbundenen Unsicherheiten ermöglichen, die für die verlässliche Identifizierung sicherer Emissionsbereiche entscheidend sind. Nach einer umfassenden Analyse auf globaler Ebene werden wir die physikalischen Mechanismen, die der langfristigen Variabilität der atlantischen Ozeanzirkulation zugrunde liegen, eingehend analysieren, einschließlich des Zusammenbruchs und der Erholung der AMOC. Es ist bekannt, dass die Stabilität der AMOC sowohl von internen atmosphärischen Schwankungen als auch vom Netto-Süßwasserfluss in den Atlantik beeinflusst wird. Die großen Ensembles werden uns helfen, das divergierende Verhalten der AMOC zwischen den Ensemble Mitgliedern zu verstehen, das in Szenarien mit einem Netto-Süßwasserimport in den Atlantik nahe einem kritischen Wert erwartet wird. Wir werden Stabilitäts- und Resilienzkonzepte, die für niedrigdimensionale dynamische Systeme entwickelt wurden, an komplexe Klimaphänomene anpassen. Diese theoriegeleiteten Ansätze werden durch datengesteuerte Ansätze auf der Grundlage von Deep Learning und erklärbarer künstlicher Intelligenz ergänzt, um Resilienzverluste und daraus resultierende Regimewechsel zu antizipieren. Wir werden die CESM2-Simulationen nutzen, um optimale Frühwarn-Indikatoren für einen möglichen Zusammenbruch der AMOC zu identifizieren, die dann auf Beobachtungsdaten angewendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Kooperationspartner: Professor Jong-Seong Kug