Wichtige Ziele unserer globalen Modellierung sind die Validierung unseres Klimamodells und die Suche nach bisher nicht beachteten Prozessen, die auf langen Zeitskalen einen großen Einfluss auf das Klima ausüben. Die einzige Möglichkeit, die Reaktion des Modells auf große Störungen zu validieren, ist die Anwendung auf vergangene Klimazustände. Durch Vergleiche der Modellergebnisse  mit Rekonstruktionen überprüfen wir die Gültigkeit unseres Modells jenseits der heutigen Parameterbereiche.  Ein weitere Möglichkeit, das Modell zu testen, sind Langzeitsimulationen, die jedoch keinen direkten Vergleich mit Beobachtungen erlauben. In beiden Fällen zeigen sich die Auswirkungen von Prozessen, die auf kurzen Zeitskalen einen vernachlässigbaren oder konstanten Einfluss haben. 

In unseren Experimenten untersuchen wir

• Langfristige Änderungen des Klimasystems in der Vergangenheit und Zukunft
• Wechselwirkungen zwischen Eisschilden/Gletschern und dem Klima 
• Paläoklimate, z.B. das Eem, das letzte Glaziale Maximum, und das frühe Holozän 

Wechselwirkungen zwischen Eisschilden und dem Klimasystem

Die Eisschilde in Grönland und der Antarktis gehören zu den trägsten Komponenten des  Klimasystems. Jedoch zeigen sowohl aktuelle Beobachtungen als auch paläoklimatische Rekonstruktionen, dass Eisschilde kurzfristigen Schwankungen unterliegen. So haben sich in den letzten Jahren die Geschwindigkeiten von einigen Eisströmen auf Grönland zwischenzeitlich verdoppelt und in der Antarktis ereigneten sich großräumige Zusammenbrüche von Eisschelfen. Betrachten wir die Entwicklungen in der letzten Eiszeit, so stoßen wir auf gigantische Zusammenbrüche der damaligen Eisschilde, die so genannten Heinrich-Ereignisse.

Um Rückkopplungen zwischen Eisschilden auf der einen Seite und Ozean und Atmosphäre auf der anderen Seite zu untersuchen, koppeln wir Eisschildmodelle interaktiv mit unserem Erdsystemmodell. Hierbei ist die Bestimmung der Oberflächenmassenbilanz des Eisschildes entscheidend, um realistische Simulationen durchzuführen. Wir verwenden zwei verschiedene  Kopplungsschemen. Entweder benutzen wir eine empirische Methode, die sogenannte positive degree day (PDD) Methode, die die Schmelzraten aus der Lufttemperatur in Bodennähe berechnet, oder wir bestimmen die Schmelzraten aus den Energieflüssen, die wir vom Klimamodell erhalten.

Mit unseren Experimenten untersuchen wir die grundlegenden Wechselwirkungen zwischen Eisschilden und den übrigen Komponenten des Klimasystems. Anhand der Ergebnisse schätzen wir die Effekte, die sich durch Eisschildwechselwirkungen im Klimasystem ergeben, ab. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit Unsicherheiten in Klimavorhersagen aus Modellsystemen ohne gekoppelte Eisschilde.

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Mineralstaubvariabilität im Südpolarmeer

Paläodaten bieten vielfältige Möglichkeiten, unser Modell des Aerosolkreislaufes  unter Klimabedingungen, die sich von den heutigen stark unterscheiden, zu testen. So zeigen globale Sammlungen von Staubproben aus dem Quartär, dass die Staubflüsse sehr stark mit dem Klima variierten. Eisbohrkerne aus der Antarktis und Grönland zeigen, dass die Ablagerungsraten in den hohen Breiten während der Glaziale wesentlich höher als während der Interglaziale waren.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, mit Modellsimulationen die Effekte unterschiedlicher Klimabedingungen auf die Staubemission, den Staubtransport und die Staubdeposition in der Südhemisphäre zu untersuchen. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Antarktis und der Frage, wie Staub das Klima ändert. 

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