Simulation der letzten eiszeitlichen Inzeption vor 115000 Jahren mit dem dreidimensionalen Erdsystemmodell mittlerer Komplexität CLIMBER-3 alpha
Final Report Abstract
Das Projekt konnte die im Folgenden beschriebenen Ergebnisse erbringen. Das Ziel unserer Arbeiten bestand darin, anhand von Modellsimulationen die Absenkung der atmosphärischen CO2 Konzentration um 50 μatm zwischen dem letzten Interglazial (Eem) und dem marinen Isotopenstadium MIS 5d zu untersuchen. Dabei haben wir uns zu einem gegenüber dem Antrag verbesserten Design des Modellexperiments entschieden: es wurde nicht eine manuelle Änderung der atmosphärischen Randbedingungen sowie eine Temperatur- und Salinitäts-Relaxation entlang der Antarktischen Küste an vorgegebene Werte zum Zwecke einer verstärkten Antarktischen Bodenwasserproduktion im Ozeanmodell POTSMOM-C gewählt. Stattdessen sind wir zu der Überzeugung gelangt, dass ein realistischerer atmosphärischer Antrieb, welcher die Prozesse der glazialen Inzeption über einen Zeitraum von 10.000 Jahren widerspiegelt, zur Beantwortung unserer Fragestellungen besser geeignet ist. Simulationen mit dem Erdsystemmodell CLIMBER-2, das eine wesentlich schnellere Integration der Modellgleichungen erlaubt, konnten bereits erfolgreich den Zusammenhang zwischen dem Milankowitsch-Antrieb, der Antarktischen Bodenwasserbildung und einer atmosphärischen CO2 Absenkung aufzeigen. Daher entschlossen wir uns, für die Modelläufe mit POTSMOM-C die Anomalien der atmosphärischen Bodentemperaturen, der Niederschläge und der relativen Luftfeuchte aus CLIMBER-2 zu verwenden. Die unveränderte Nutzung der atmosphärischen CLIMBER-2 Anomalien über einen Zeitraum von 10.000 Modelljahren wäre allerdings für den noch verbleibenden Bewilligungszeitraum zu langwierig gewesen: die Laufzeit der Simulationsrechnung hätte mehr als ein Jahr in Anspruch genommen. Daher wurde der Zeitverlauf des atmosphärischen Antriebs um einen Faktor 4 komprimiert. Parallel dazu wurden Modellsimulationen mit einem atmosphärischen CLIMBER-2 Antrieb unter MIS 5d Randbedingungen durchgeführt (time slice). Die Modellintegrationen sind zum Zeitpunkt der Berichtslegung noch nicht vollständig abgeschlossen, sie werden aber selbstverständlich fertig gestellt und weiter ausgewertet. Derzeit können wir nur über einen Zwischenstand der Simulationen berichten. Im Falle der „time-slice“ Simulation konnte innerhalb von 1.200 Modelljahren eine atmosphärische pCO2 Absenkung von etwa 25 μatm erzielt werden. Im Gegensatz zu den Modellläufen von Brovkin et al. (2007), bei denen der Übergang von interglazialen zu glazialen Bedingungen eine Verstärkung der Antarktischen Bodenwasserbildung lieferte, kam es in unseren Simulationen zu einer deutlichen Abschwächung, wohingegen sich die Bildungsrate des Nordatlantischen Tiefenwassers verstärkte. Die transienten Modelläufe zeigen ein ähnliches, jedoch deutlich abgeschwächtes Bild. Wie im vorangegangenen Antrag angekündigt, wurde das Karbonat-Sedimentmodell von Archer und Maier Reimer (1994) in POTSMOM-C implementiert. Aus Zeitgründen konnte dieses Modell allerdings noch nicht getestet und für die glazialen Simulationen verwendet werden. Aus den gleichen Gründen steht die Implementierung des Verwitterungsmodells von Munhoven (2002) ebenfalls noch aus. Im vorliegenden Projekt konnte gezeigt werden, dass Änderungen der ozeanischen Strömungsmuster in der Absenkung des atmosphärischen pCO2’s während einer glazialen Inzeption eine bedeutende Rolle spielen.
Publications
- (2011). Declining ocean chlorophyll under unabated anthropogenic CO2 emissions. Environmental Research Letters, 6 034035
Hofmann, M., B. Worm, S. Rahmstorf, and H. J. Schellnhuber
(See online at https://doi.org/10.1088/1748-9326/6/3/034035) - (2011). The response of Southern Ocean eddies to increased mid-latitude westerlies: A non-eddy resolving model study. Geophysical Research Letters, 38, L03605
Hofmann, M., and M. A. Morales Maqueda
(See online at https://doi.org/10.1029/2010GL045972)
