Rahmenwerk für eine Erdsystem Reanalyse - EARTH^(RA)

• Antragsteller: Professor Dr. Detlef Stammer
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466492934

Das EARTH^(RA)-Projekt wird erstmalig ein Framework für eine dynamisch konsistente Klimareanalyse entwickeln und dieses pilotmäßig auf ein Klimamodell anwenden, bei dem mathematisch strenge, adjungierte Klimadatenassimilation und Parameteroptimierung ein integraler Bestandteil von gekoppelten Erdsystemmodellen (ESM) werden. Das vorgeschlagene EARTH^(RA)-Framework wird die Klimamodellierung substantiell weiterentwickeln, indem langjährige Probleme mit Modellfehlern durch Parameterschätzungen überwunden werden, die bisher den Fortschritt bei Klimavorhersagen behinderten, und indem dadurch verbesserte Informationen zum Klimawandel ermöglicht werden, die zur Unterstützung der Entscheidungsfindung erforderlich sind. Das EARTH^(RA)-Arbeitsprogramm wird zwei Hauptelemente enthalten: (1) die Schaffung des neuartigen Rahmens für die adjungierte Modellierung und Parameterschätzung für vollständig gekoppelte ESM, der erforderlich ist, um nichtlineare ESMs mit In-situ- und Satellitendaten des Ozeans, der Atmosphäre und der Kryosphäre zu kombinieren. Dadurch wird eine Reanalyse des vollständig gekoppelten Erdsystems ermöglicht, indem Assimilationstechniken weiterentwickelt werden, um mit Nichtlinearitäten und der chaotischen Natur des gekoppelten Klimasystems umzugehen, und indem die Anwendung mathematisch strenger Ansätze zur Datenassimilation durch Weiterentwicklung moderner automatischer Differenzierungswerkzeuge ermöglicht werden; (2) die Durchführung einer ersten Pilot - Erdsystem-Reanalyse durch die Anwendung der zugrundeliegenden Kontroll-Theorie auf ein vollständig gekoppeltes ESM über einen Zeitraum von einem Jahr bis zu einem Jahrzehnt. Das Framework wird in diesem Projekt verwendet, um (1) ein vollständiges Erdsystemmodell (ESM) durch dynamisch konsistente Datenassimilation und Parameteroptimierung (Erdsystem-Reanalyse) zu verbessern und objektiv und transparent mit Klimabeobachtungen in Einklang zu bringen, (2) um adjungierte Klimasensitivitäten und Rückkopplungsmechanismen zu untersuchen um dadurch unser Verständnis des Klimasystems und seiner Anpassungsprozesse verbessern. Das Framework wird auf einem neuen adjungierten Erdsystemmodell basieren, dessen Prinzip anschließend von jedem Modellierungszentrum übernommen werden kann. Durch diesen neuartigen Rahmen kann die beobachtungsbasierte Modellverbesserung zu einem festen Bestandteil der Modellverbesserung werden, auf eine Weise, die komplementär zu einer klassischen Vorwärtsmodellentwicklungen ist.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte