Überblick

Das MPI-M stützt sich bei seinen Bemühungen um das Verständnis von Klimaänderungen schwerpunktmäßig auf die innovative Anwendung und Entwicklung von umfassenden Erdsystemmodellen. Auf diese Weise setzen wir die Forschungsgeschichte unseres Institutes fort, die mit der Entwicklung von Komponentenmodellen der Atmosphäre und des Ozeans begann, sich dann zu wegweisenden Studien des gekoppelten Atmosphären-Ozean-Systems entwickelte und vor kurzer Zeit in der Entwicklung des MPI-Erdsystemmodells, dem MPI-ESM, gipfelte. Jedoch wird eine weiter verstärkte Komplexität unserer Modelle nicht von allein Antworten auf unsere Leitfragen liefern; stattdessen werden Antworten aus der Fülle und Klarheit der Konzepte entstehen, die wir mit Hilfe unserer Modelle erstellen. Für diese Ziele spielt idealisierte Modellierung – die für die Reduzierung einer Idee oder Theorie auf seine Kernaussage entwickelt wurde - eine zunehmend wichtige Rolle in unserer Forschung. Die idealisierte Modellierung ist bei der manchmal unkonventionellen Anwendung unserer komplexesten Modelle behilflich. Obwohl unser Erdsystemmodell der Fokus unserer meisten Entwicklungsbestrebungen ist, ist die Flexibilität, die durch die Entwicklung und Anwendung von Komponentenmodellen gewährleistet wird, ebenfalls wichtig. Diese Komponentenmodelle dienen der genaueren Repräsentation einer Teilmenge von Erdsystemprozessen.

 

Das MPI-ESM (Das MPI-M-Erdsystemmodell)

Das MPI-ESM ist ein umfassendes Erdsystemmodell, da es eine Kopplung von Ozean, Atmosphäre und Landfläche durch den Austausch von Energie, Impuls, Wasser und wichtigen Spurengasen wie Kohlendioxid darstellt. Es reflektiert die Interessen und Fachkenntnisse der drei Abteilungen, die das MPI-M bilden. Das MPI-ESM wurde als Basis für unseren Beitrag zur fünften Phase des „Coupled Model Intercomparison Project Phase 5“ (CMIP5) genutzt und ist das gegenwärtige Arbeitsfeld der Forscher am Institut. Es ist der Nachfolger des gekoppelten ECHAM5/MPIOM Modells, welches für das CMIP3 Projekt und das interne Millenniumsprojekt verwendet wurde. Die Entwicklung des MPI-ESM wird durch die „Coupled Model Steering Group“ koordiniert.

ICON

ICON ist ein neuer, nicht-hydrostatischer, Ikosaeder-basierter dynamischer Kern, der durch die Nutzung der Finite-Volumen-Techniken zur Diskretisierung entwickelt wurde. Er wird gemeinsam mit dem Deutschen Wetterdienst als Basis für das MPI-ESM2 erarbeitet. ICON wird der Erdsystemmodellierung innerhalb des Institutes eine bessere Nutzung von Hochleistungsrechnerarchitekturen ermöglichen und eine Basis zum Austausch von Ideen mit Kollegen, die an ähnlichen Problemen der numerischen Wettervorhersage arbeiten, bieten. Mehr Informationen über das ICON Projekt sowie Zugang zum ICON Code erhalten Sie auf der ICON Webseite

Komponentenmodelle

Die Komponentenmodelle, die für unsere gekoppelten Modelle oder das Erdsystemmodell angewendet werden, werden individuell verbreitet. Diese sind ECHAM6, welches ein Allgemeines Zirkulationsmodell der Atmosphäre ist, das mit Hilfe des JSBACH Modells auch eine fortschrittliche Betrachtung der terrestrischen Biosphäre beinhaltet. Zudem wird das MPIOM genutzt, das ein Allgemeines  Zirkulationsmodell des Ozeans ist, das mithilfe des HAMMOC Modell marine biogeochemische Prozesse darstellt.

Prozessmodelle

Forscher des Instituts nutzen zusätzlich eine Vielzahl an Prozessmodellen. Insbesondere atmosphärische Phänomene und Wechselbeziehungen von Land und Atmosphäre werden im idealisierten Rahmen durch die Verwendung  von „large eddy“ Simulationen (LES) untersucht. Das Institut hat eine außergewöhnliche Anzahl dieser Modelle, da drei von den fünf oder sechs weltweit führenden LES-Modellen von Institutsmitarbeitern entwickelt und/oder gepflegt wurden. Das Institut ist zudem das einzige Institut weltweit, das in der Lage ist, eine direkte numerische Simulation von Mehrphasenströmungen der Atmosphäre und Ozeane durchzuführen.