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Variabilität im Erdsystem beruht auf deterministischen und stochastischen Prozessen, die von eher theoretischen Ansätzen beschrieben werden können (wie Katastrophen, Hysterese oder Resonanz, Langzeit-Gedächtnis und Vorhersagbarkeit). Die angewandte Seite umfasst, neben der Vorhersage insbesondere von Extremereignissen, die Analyse des vergangenen Klimawandels und der Zuordnung seiner natürlichen und anthropogenen Ursachen. Mit Hilfe eines Spektrums komplexer, mittlerer bis einfacher Modelle werden diese Fragestellungen analysiert, wobei derzeitig der Wasserkreislauf von regionaler bis globaler Skala im Vordergrund steht.

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