Die erste Version des ICON-Erdsystemmodells

Der Artikel beschreibt das gekoppelte ICON-Modell und untersucht seine Leistung mittels Auswertung einer Reihe von standardisierten Klimaänderungsexperimenten nach dem Protokoll des Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Die Autor*innen verwendeten eine Modellkonfiguration mit moderater Auflösung, die es ihnen ermöglicht, die Ergebnisse mit dem Vorgängermodell MPI-ESM und anderen an CMIP beteiligten Modellen zu vergleichen. Ein CMIP-Experiment ist die "historische" Simulation, die vom Beginn der Industrialisierung Mitte des 19. Jahrhunderts bis heute läuft. Um der internen Variabilität des Klimasystems Rechnung zu tragen, führten die Autor*innen ein Ensemble von fünf Simulationen durch und stellten fest, dass ICON-ESM den beobachteten Verlauf des Klimawandels gut reproduziert (Abb. 1), auch wenn einige Diskrepanzen bestehen bleiben, wie z. B. eine Überschätzung der Erwärmung in der nördlichen Hemisphäre im späten zwanzigsten Jahrhundert (Abb. 1b).

ICON steht für "ICOsahedral Nonhydrostatic" und bietet einen neuartigen Rahmen für die Modellierung auf der Grundlage innovativer Konstruktionsprinzipien. Die numerischen Gitter werden beispielsweise durch fortlaufende Unterteilung der Flächen eines Ikosaeders (daher "ikosaedrisch") erzeugt und vermeiden Probleme, die von bisher verwendeten geographischen Gittern bekannt sind, wie Singularitäten an den Polen. Darüber hinaus sind die numerischen Konzepte von ICON so konzipiert, dass sie mit sehr hoher Effizienz auf moderner Recheninfrastruktur, wie dem neuen "Levante"-Rechner des Deutschen Klimarechenzentrums (DKRZ), laufen. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler*innen am MPI-M, dem Deutschen Wetterdienst (DWD) und anderen Institutionen in Deutschland und der Schweiz die Komponentenmodelle für Atmosphäre, Ozean, Land und den biogeochemischen Kreislauf entwickelt. Während die Leistungsfähigkeit dieser Modelle bereits einzeln erforscht wurde, war die Kopplung der Teilsysteme zum ersten ICON-Erdsystemmodell (Abb. 2) "ein anspruchsvolles Unterfangen, das zahlreiche Sensitivitätsexperimente erforderte, die von einem engagierten Team von Wissenschaftler*innen und Programmierer*innen aus allen drei Abteilungen des MPI-M und den Partnerinstitutionen durchgeführt wurden", sagt Dr. Johann Jungclaus.