Über das Institut

Unser Ziel: Das sich ändernde Klima der Erde verstehen

Wir interessieren uns für die Prozesse, die das Klima der Erde prägen und verändern.

Unser Interesse wird zusätzlich durch das Wissen angetrieben, dass das Verhalten von uns Menschen den Treibhauseffekt in der Atmosphäre verstärkt. Dass es zu einer Erwärmung der Erdoberfläche führen wird, ist gut dokumentiert und unumstritten. Viel weniger klar und daher viel interessanter ist die Frage, wie viel Erwärmung durch einen bestimmten Anstieg der Treibhausgase verursacht wird. Wie schnell wird diese Erwärmung erfolgen? Wo werden diese Gase verbleiben und wie lange wird es dauern, bis sie dort ankommen? Und welche Folgen hat die Erwärmung für die globale Zirkulation der Atmosphäre und der Ozeane und das damit verbundene Wettergeschehen? Darüber hinaus interessieren wir uns für die Frage, wann und wo sich diese Veränderungen auf die Ökosysteme und menschlichen Systeme – die Bewohnbarkeit des Planeten – auswirken werde. Wie kann dies wiederum die menschlichen Aktivitäten beeinflussen? Die Beantwortung dieser Art von Fragen erfordert ein tiefes Verständnis darüber, wie das Klimasystem funktioniert.

Mit dem kreativen Einsatz neuer Technologien, Computersysteme und Mess-Sensoren erweitern wir unser Verständnis. Fortschritte bei der Rechenkapazität erhöhen die Genauigkeit der Modelle, die wir zur Entwicklung und Prüfung unserer Ideen verwenden. Fortschritte bei den Beobachtungskapazitäten helfen uns, unsere Ideen und Modelle zu testen. In beiderlei Hinsicht ist es eine aufregende Zeit in der Entwicklung unserer Wissenschaft. Die Fähigkeit, das Erdsystem in angemessenen Maßstäben global zu berechnen und zu beobachten, zeichnet sich bereits ab. Sie verleiht den von uns erstellten Modellen und gesammelten Daten ein Eigenleben, da sie zu Erdinformationssystemen verschmolzen werden und so die Möglichkeit schaffen, unsere Erde und ihre mögliche Zukunft auf neue Weise zu sehen.

Überblick – Forschungsgebiete

Die Forschung innerhalb des Instituts ist in Abteilungen organisiert, jede mit einem Direktor und jede mit ihren eigenen, selbst definierten Interessen und ihrer eigenen Kultur. Wir nutzen die Überschneidung unserer Interessen, um unsere Forschung in einer Weise voranzutreiben, die im Alleingang nicht möglich wäre. Ein wichtiger Weg, dies zu tun, ist die Zusammenarbeit bei der Entwicklung unserer Modelle, um weltweit an der Spitze der Entwicklungen zu stehen. Selbst mit sehr großen Computern ist es nicht einfach, das Klima der Erde zu berechnen. Ein Teil des Problems ist rechnerischer Natur, denn die Computer sind immer noch nicht groß genug. Ein anderer Teil ist konzeptioneller Natur, denn die Dynamik vieler Teilsysteme ist immer noch nicht ausreichend verstanden. Dies erfordert Abkürzungen, entweder in der Formulierung der Gleichungen oder in der Berechnung ihrer Lösungen. Wir verfolgen zwei Ansätze: Die eine Konfiguration unseres Erdsystemmodells ICON mit grober horizontaler Auflösung (>20 km) ermöglicht längere Zeitschritte, um langsam ablaufende Prozesse zu untersuchen. Dazu gehören zum Beispiel biogeochemische Prozesse in Böden, Vegetation und Ozean oder die Entwicklung des Permafrosts durch die Erderwärmung. Die andere ICON-Konfiguration verwendet horizontale Gitter, die fein genug sind (< 5 km), um schnell ablaufende und kleinräumigere Prozesse aufzulösen. Dazu zählen der vertikale Energietransport durch Tiefenkonvektion in den Tropen, Wirbel im Ozean sowie kleinskalige Strukturen in der Topographie, der Bathymetrie des Ozeans und des Meereises. So kann ein physikalisch fundierteres Modell erstellt werden. Diese zweite Konfiguration kann allerdings nur für Experimente auf Zeitskalen von unter hundert Jahren verwendet werden.

Wissenschaftliche Abteilungen

Klimaphysik

Wir wollen verstehen, welchen Einfluss das atmosphärische Wasser für das Klima der Erde und den Klimawandel hat. Dies führt uns zu einem Prozessdenken; wir sind auch an Beobachtungen interessiert, die Prozesse quantifizieren können, wie etwa den Lebenszyklus von Stürmen oder die Wechselwirkung von Wellen mit Windsystemen in der Atmosphäre.

Klimavariabilität

Unsere Abteilung nutzt Modelle, Beobachtungen und Theorie, um die Rolle des Ozeans in Klimavariabilität und -wandel auf allen Zeitskalen von Stunden bis zu Jahrtausenden zu untersuchen. Ozeanspezifische Arbeiten erfolgen üblicherweise innerhalb der Abteilung. Arbeiten zu Wechselwirkungen innerhalb des Erdsystems erfolgen oft in Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen am MPI-M.

Selbstständige Forschungsgruppen

Derzeit arbeitet unser Institut mit zwei selbstständigen Arbeitsgruppen zusammen: mit der Minerva Fast Track-Forschungsgruppe "Wolken-Wellen-Kopplung" von Dr. Claudia Stephan und der Arbeitsgruppe "Antriebe Tropischer Zirkulation" des Exzellenzclusters CLICCS von Dr. Ann Kristin Naumann.

Aktuelle Projekte und Messkampagnen

nextGEMS: Erdmodellierungssysteme der nächsten Generation

nextGEMS (Next Generation Earth Modelling Systems) - ist ein europäisches Gemeinschaftsprojekt. Es wird durch das EU-Programm Horizon 2020 finanziert und wird das Fachwissen von vierzehn europäischen Nationen nutzen, um zwei Erdsystemmodelle der nächsten Generation (zur Konvektionsauflösung) zu entwickeln.

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EUREC4A

Im Januar und Februar 2020 fand auf und um die Karibikinsel Barbados unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg und dem CNRS der Sorbonne Universität zu Paris eine internationale Messkampagne in der Passatregion statt. Sie hatte das Ziel zu verstehen, wie die Passatbewölkung auf die Klimaerwärmung reagiert und eventuell zu ihr beiträgt.

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Unsere Partner

In Hamburg pflegen wir enge Verbindungen mit der Universität Hamburg, insbesondere mit dem Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN). Das Institut ist dabei eingebettet in größere Forschungs- und Netzwerkaktivitäten, vorranging im Rahmen des von der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder geförderten Exzellenclusters Climate, Climatic Change, and Society (CLICCS) sowie im KlimaCampus Hamburg, der die Klimaexpertise in der Hamburger Metropolregion bündelt, und PIER PLUS (Partnership for Innovation, Education and Research).

Unser wichtigster Partner ist nach wie vor das Deutsche Klimarechenzentrum (DKRZ). Wir arbeiten eng mit dem DKRZ zusammen, um Modellierungssysteme zu entwickeln, die in der Lage sind, die größten Computer der Welt effizient zu nutzen. Außerdem entwickeln wir gemeinsam innovative Arbeitsabläufe, die es uns ermöglichen, die Ergebnisse unserer Simulationen so effektiv wie möglich zu analysieren.

Das DKRZ ist einerseits unser Tor zu den fortschrittlichsten Rechensystemen der Welt, andererseits ist es aber auch unser Arbeitspferd für den Großteil unserer täglichen Simulationen und für die Unterstützung unserer internen und mit Partnern durchgeführten Analysen.

Innerhalb der Max-Planck-Gesellschaft ist unser Institut Mitglied der Partnerschaft Erd- und Sonnensystemforschung (ESRP), die disziplinübergreifend Forschungsexzellenz bündelt, um zu verstehen, wie die Erde als komplexes System funktioniert. Es umfasst die Max-Planck-Institute für Biogeochemie in Jena, für Chemie in Mainz, für Sonnensystemforschung in Göttingen sowie unser Institut. Die Partnerschaft hat zum Ziel, Strategien zu koordinieren und die Zusammenarbeit zu fördern.

Im Rahmen unserer Modellierungsstrategie arbeiten wir seit langem mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) zusammen, mit dem wir unser hochmodernes globales Klimamodell ICON entwickelt haben. Die Partnerschaft wurde inzwischen auf eine wachsende Zahl von Partnern ausgeweitet, darunter das Deutsche Klimarechenzentrum (DKRZ), das Centre for Climate Systems Modeling der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich und das Karlsruher Institut für Technologie. Um eine neue Generation von Klimamodellen voranzutreiben, arbeiten wir zusammen mit dem DKRZ zunehmend eng mit den großen Rechenzentren in Finnland (CSC), Barcelona (BSC), Jülich (JSC) und Lugano (CSCS) in Konsortien zusammen, an denen auch das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECWMF) und das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven beteiligt sind.

Max-Planck-Institut für Meteorologie

Bundesstraße 53
20146 Hamburg
Telefon: +49 (0)40 41173-0
Telefax: +49 (0)40 41173-298

Weitere Themen

Klimamodellierung am Max-Planck-Institut für Meteorologie

Das Klimamodell ICON ist das zentrale Forschungsinstrument am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M). ICON wird entwickelt, um die fortschrittlichsten Informationstechnologien für die bestmögliche Darstellung des Klimasystems zu nutzen.

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