Skaleninteraktion in der Land-Atmosphären-Wechselwirkung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Julia Pongratz
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514721519

Erdsystemmodelle (ESMs) sind die wichtigsten Instrumente für globale Klimaprojektionen unter verschiedenen zukünftigen Emissions- und Landnutzungsszenarien. Sie weisen jedoch Schwächen auf, insbesondere in Bezug auf die Simulation turbulenter Wärmeflüsse, die in den letzten zehn Jahren nicht beseitigt werden konnten. Diese Schwächen werfen grundsätzliche Fragen auf, sind aber ebenso relevant für sehr angewandte und dringende Fragen, da sie insbesondere für heterogene Landschaften von Bedeutung sind - zu denen viele der typischen land- und forstwirtschaftlichen Landschaften der Welt gehören, in denen die Menschen leben, Nahrungsmittel anbauen und hoffen, CO2 zu binden, wie es für viele Klimaneutralitätspfaden notwendig wird. Es ist nach wie vor unklar, wie sich unterschiedliche Vegetationszustände und -typen, z. B. unterschiedliche Landnutzungen, unter realistischen Bedingungen auf die Land-Atmosphären-Kopplung auswirken und inwieweit Schwächen in der globalen Modellierung auf die geringe Auflösung und inwieweit auf andere Unzulänglichkeiten der Modelle zurückzuführen sind. Aus diesem Grund zielt das Projekt P8 im Rahmen des LAFI-Konsortiums auf ein besseres Verständnis der Rolle der Oberflächenheterogenität für die Land-Atmosphären-Kopplung ab und plant, deren Relevanz in Fallstudien zu testen, die von den detaillierten, qualitativ hochwertigen Beobachtungen des LAFI-Konsortiums begleitet werden. P8 ist damit auch Schlüsselpartner im LAFI-Multimodel-Ensemble. Konkret entwickelt das Projekt P8 ein Large-Eddy-Modell, das auf ICON basiert und mit dem fortschrittlichen Landoberflächenmodell JSBACH4 gekoppelt ist. Da JSBACH4 auch Teil des ICON-ESM ist, schließen wir die methodische Lücke zwischen dem globalen Erdsystem und der Large-Eddy-Modellierung im Hinblick auf die Rückkopplung zwischen Vegetation und Atmosphäre. Durch die Analyse von Simulationen auf der Skala von ca. 50 m, die die relevanten Heterogenitäten der Landoberfläche auflösen, und durch Vergleich dieser Simulationen mit solchen, die die grobe Landoberflächendarstellung von ESMs imitieren, können wir die Relevanz der Auflösung des Land-Atmosphären-Austauschs auf hoher räumlicher Skala beurteilen. Mit diesem neuartigen Werkzeug werden wir untersuchen, ob die Auflösung der Land-Atmosphären-Wechselwirkungen auf einer hohen räumlichen Ebene die bekannten starken Fehler der ESMs, wie z.B. die Schwächen in der Simulation turbulenter Wärmeflüsse, vermeiden kann und wie dies von den atmosphärischen Bedingungen abhängt. Wir werden die relative Rolle von Strahlungs- und Nicht-Strahlungs-Mechanismen für diese Fehler untersuchen. Mit Hilfe von hochauflösenden Simulationen werden wir Schlussfolgerungen über den Netto-Klimaeffekt der Landnutzung (d.h. wenn Wasser-, Energie- und CO2-Flüsse zusammen betrachtet werden) auf einer für die Entscheidungsfindung relevanten Ebene ziehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5639: Land-Atmosphäre Feedback Initiative (LAFI)