nextGEMS: Next Generation Earth Modelling Systems

nextGEMS (next Generation Earth Modelling Systems, dt: Erdsystemmodelle der nächsten Generation) ist ein europäisches Projekt. Finanziert durch das EU-Programm Horizont 2020, nutzt es das Fachwissen aus vierzehn Ländern, um zwei global gekoppelte sturmauflösende Erdsystemmodelle (Storm-Resolving Earth System Models (SR-ESMs)) zu entwickeln. Dank bahnbrechender realistischer Simulationen werden uns diese Modelle ermöglichen, zu verstehen und zuverlässig zu quantifizieren, wie sich das Klima auf globaler und regionaler Ebene verändern wird und wie das Wetter, einschließlich seiner Extremereignisse, in Zukunft aussehen wird.

Wodurch unterscheiden sich sturmauflösende Erdsystemmodelle?

Zur Untersuchung des Klimas und zur Vorhersage des Klimawandels bilden Erdsystemmodelle Prozesse an Land, in der Atmosphäre, in den Ozeanen und im Meereis ab, indem sie die Erde in ein dreidimensionales Gitter aufteilen und die physikalischen Gleichungen für jede dieser Millionen von Zellen lösen. Die heutigen Erdsystemmodelle verwenden Gitter, die so konzipiert sind, dass sie die horizontalen, aber nicht die vertikalen Bewegungsfelder der atmosphärischen Zirkulationen erfassen. Diese Abkürzung ist zwar rechnerisch zweckmäßig, erfordert aber, dass wichtige Prozesse vernachlässigt oder empirisch dargestellt werden. Durch die Verwendung eines fünfzigmal feineren horizontalen Gitters (3 km im Vergleich zu 150 km) sind sturmauflösende Modelle in der Lage, die Zirkulationen, die Stürme in der Atmosphäre, Wirbel im Ozean und Risse im Eis verursachen, explizit darzustellen – ein Sprung in der Realitätsnähe, der erst jetzt dank der Fortschritte im Supercomputing möglich wird.

Wissenschaftliche Auswirkungen

Das viel feinere Gitter der nextGEMS-Modelle ermöglicht es, wesentliche Klimaprozesse explizit darzustellen. Stürme in Verbindung mit niederschlagsreicher hochreichender Konvektion, Auswirkungen der Landschaft auf die Atmosphäre, Auswirkungen von Ozeanwirbeln auf den Wärmetransport im Ozean und die Wechselwirkung mit Eisschilden werden von bestehenden Klimamodellen derzeit entweder ignoriert oder empirisch dargestellt. Frühere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die physikalisch basierten Ansätze, die nextGEMS nutzt, systematische und seit langem bestehende Fehler in herkömmlichen Klimamodellen wirksam reduzieren und damit eine bessere – physikalischere – Grundlage für Vorhersagen schaffen. Die sturmauflösenden Modelle von nextGEMS werden die Realitätsnähe der Simulationen in vielerlei Hinsicht erhöhen und damit neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu der Frage, wie das Erdsystem auf menschliche Aktivitäten reagiert, ermöglichen.

„Die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken sind immer noch eine der größten Unsicherheiten bei der Einschätzung des künftigen Klimas. Die Durchführung dieser hochmodernen Klimasimulationen für mehrere Jahrzehnte, bei denen Aerosol- und Wolkenprozesse vollständig interaktiv sind, wird die Wissenschaft wahrscheinlich auf eine völlig neue Ebene heben, auf der wir zum ersten Mal wirklich die Rolle von Aerosolen und Wolken für das künftige Klima auf der Ebene der grundlegenden Wolkenprozesse aufzeigen können. Die Möglichkeiten für einen großen Durchbruch in unserem Verständnis von Aerosol- und Wolkenprozessen, die sich durch diese Bemühungen ergeben, sind phänomenal.“ – Sue van den Heever, Monfort Professor of Atmospheric Science, Colorado State University

Anwendung Auswirkungen

Die sturmauflösenden Modelle von nextGEMS werden das Klimasystem für die nächsten 30 Jahre realistischer darstellen. Dazu gehören Wetterextreme und andere Komponenten des Erdsystems wie Kohlenstoff, Aerosole und Meeresnährstoffe. Wichtig ist, dass sie gleichzeitig auch Informationen auf Skalen liefern, die den Nutzer*innen vertraut und für sie relevant sind.

„Die europäische Green-Deal-Initiative Destination Earth wird sich auf Projekte wie nextGEMS stützen, um hochauflösende Erdsystemmodelle der nächsten Generation zu erstellen, die den Kern der Digital Twins (digitale Zwillinge) der Erde bilden. Dieses Zusammentreffen der von Horizont Europa finanzierten Spitzenforschung und der von Digital Europe finanzierten Bereitstellung von Technologiekapazitäten stellt einen neuen Schritt in der Wertschöpfung für die Gesellschaft dar…“ – Dr. Peter Bauer, Director of Destination Earth, ECMWF

Die im Rahmen von nextGEMS erstellten mehrdekadischen Simulationen werden in Zusammenarbeit mit Interessengruppen wie Erzeuger*innen erneuerbarer Energien, marinen Küstenökosystemen und Fischereimanager*innen entwickelt und getestet. Damit werden die Simulationen einen Mehrwert für gesellschaftliche Anwendungen bieten und darüber hinaus auch als Plattformen für Innovationen bei der Bereitstellung von Erdsysteminformationen dienen können.

Indem nextGEMS Bürger*innen realistischere, detailliertere und lokalere Informationen darüber liefert, wie sich das Klima und das Wetter, einschließlich der Extremereignisse, verändern werden, wird es die Umsetzung des Pariser Abkommens und die damit verbundene „Green Transition“ unterstützen. nextGEMS-Modelle dienen auch als Prototypen für Digital Twins (digitale Zwillinge) der Erde, wie sie von großen EU-Initiativen wie Destination Earth angestrebt werden.

„Es ist großartig zu sehen, wie die besten Modellierungszentren Europas ihr Fachwissen bündeln, um eine große Herausforderung der Klimawissenschaft zu bewältigen.“ – Christian Jakob, Professor for Climate Modelling, Monash University, Australia

Um diese ehrgeizige Vision Wirklichkeit werden zu lassen, arbeiten wir mit 26 Partnern aus ganz Europa und dem Senegal in einem Vierjahresprogramm von 2021 bis 2025 zusammen. Der nextGEMS-Zeitplan umfasst zwei Phasen: Entwicklung und Produktion, unterstützt durch Wissens-Koproduktion/Entwicklungs-Hackathons. Letztere bringen die nextGEMS-Community, Interessenvertreter*innen aus den Bereichen erneuerbare Energien, marine Ökosysteme und Fischerei sowie Partner aus verwandten Projekten zusammen. Lernen Sie unsere Gemeinschaft kennen und folgen Sie uns auf unserer Reise über die nextGEMS Media Library!


Dauer

Sep 2021 - Aug 2025


Gefördert durch

Gefördert durch: nextGEMS wird gefördert durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung 101003470.


Wissenschaftliche Projektleitung

Bjorn Stevens (MPI-M), Irina Sandu (ECMWF)


Kontakt

Dr. Heike Konow
Dr. Theresa Mieslinger
Dr. Elina Plesca

nextgems_office@we dont want spammpimet.mpg.de

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