SOLCHECK
Solar contribution to climate change on decadal to centennial timescales
Projektpartner
Principal Investigator:
Prof. Dr. Ulrike LangematzInstitut für Meteorologie, Freie Universität Berlin, Carl-Heinrich-Becker-Weg 6-10, 12165 Berlin, Tel.: +49-30-83871165, E-mail: ulrike.langematz@met.fu-berlin.de
Co-Investigators:
Prof. Dr. Katja MatthesGEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel & Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Düsternbrooker Weg 20, 24105 Kiel, Tel.: +49-431-6004054, E-Mail: kmatthes@geomar.de
Dr. Miriam SinnhuberInstitut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruher Institut für Technologie,Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Tel.: +49-721-60824908, E-Mail: miriam.sinnhuber@kit.edu
Dr. Holger PohlmannMax-Planck-Institut für Meteorologie, Bundesstraße 53, 20146 Hamburg, Tel: +49-40-41173-152, E-mail: holger.pohlmann@mpimet.mpg.de
Projektbeschreibung
SOLCHECK hat das Ziel, das Verständnis und die Quantifizierung des solaren Beitrags zur vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Klimaentwicklung in der nördlichen Hemisphäre auf Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrhunderten zu verbessern. Insbesondere wird die Rolle der natürlichen solaren Variabilität für den beobachteten und zukünftigen globalen und regionalen Klimawandel erforscht. Darüber hinaus werden potenzielle Auswirkungen extremer Szenarien, wie die eines „Grand Solar Minimums“ (GSMs), und anderer extremer Sonnenereignisse auf die Klimaentwicklung untersucht und abgeschätzt. Ein besonderer Fokus wird auf dem Beitrag des solaren Antriebs zur Vorhersagbarkeit des Klimas auf der dekadischen Zeitskala liegen. Zu diesem Zweck werden sowohl bestehende (CMIP6) sowie neu durchzuführende Modellsimulationen mit dem deutschen operationellen dekadischen Vorhersagesystem MiKlip ausgewertet. SOLCHECK wird weiterhin die Mechanismen untersuchen, über welche das Sonnensignal aus der mittleren Atmosphäre in die Troposphäre und den Ozean übertragen wird. Einen besonderen Schwerpunkt bildet hier die Wechselwirkung zwischen dem externen solaren Signal und internen Variabilitätsmoden des Atmosphäre-Ozean-Systems. Dies wird unter Verwendung aktueller Klima-Chemiemodelle (CCMs) mit rechenzeiteffizienten atmosphärischen Chemiemodulen realisiert, welche Ensemblesimulationen ermöglichen. Alle Modelle beinhalten Atmosphäre-Ozean-Rückkopplungen, eine notwendige Voraussetzung um die Rolle der Sonne für den Klimawandel zu untersuchen. Aus diesem CCM-Ensemble wird schließlich ein statistisch robustes Signal des solaren Beitrags zur Klimaentwicklung gewonnen. SOLCHECK setzt sich aus drei Teilen (work packages, WP) zusammen:
WP1: Dekadische Klimavariabilität
WP1 untersucht den potenziellen Beitrag des solaren Antriebs zur dekadischen Klimavariabilität und Vorhersagbarkeit anhand von Analysen existierender CMIP6 Modellsimulationen und neu erstellter Ensemblesimulationen der drei SOLCHECK Atmosphäre-Ozean Modellsysteme (EMAC, FOCI und MPI-ESM) für unterschiedlich komplexe Vorgaben des solaren Antriebs und der Ozonchemie. WP1 untersucht insbesondere die Auswirkungen der dekadischen solaren Variabilität auf interne Klimavariabilitätsmoden, wie z.B. die Nordatlantische Oszillation (NAO), sowie den Effekt extremer solarer Ereignisse, wie z.B. Sonneruptionen, die zu einer starken Zunahme der solaren Teilchenstrahlung führen. Mithilfe des neuen operationellen dekadischen Klimavorhersagesystems MiKlip wird schließlich der Anteil des solaren Antriebs an der Vorhersagbarkeit des dekadischen Klimas in verschiedenen Regionen (Europa, Tropen, außertropischer atlantischer und pazifischer Sektor, Arktis) analysiert.
WP2: Klimavariabilität auf der Jahrhundertzeitskala
WP2 erforscht den Anteil langfristiger solarer Variationen auf der Jahrhundertzeitskala zum Klimawandel vor dem Hintergrund einer sich verändernden atmosphärischen Zusammensetzung (zunehmende Konzentrationen an Treibhausgasen sowie anthropogen verursachter Ozonabbau und -erholung). Von besonderem Interesse sind dabei der potenzielle Einfluss eines neuen starken GSMs, vergleichbar zu den Gleissberg- und Maunder Minima der Vergangenheit, auf das Klima sowie die Frage, ob ein solches GSM die globale Erwärmung abschwächen kann. Um die für diese Fragstellungen notwendigen Ensemble-Simulationen mit den komplexen und rechenzeitaufwändigen Klima-Chemiemodellen durchführen zu können, sind zunächst Vereinfachungen der Ozonchemie in den Modellen vorgesehen. Anschließend werden transiente Simulationen für die Periode 1850-2150 unter verschiedenen Hintergrundbedingungen und für zwei verschiedene solare Antriebsszenarien (normal und extrem) durchgeführt. Die Analyse der Modelldaten wird sich insbesondere mit der Kopplung zwischen Stratosphäre, Troposphäre und Ozean auf der regionalen Skala (Europa, nordhemisphärische Polarregion, Wechselwirkungen mit den Tropen, z.B. der El Niño-Southern Oscillation, ENSO, im tropischen Pazifik) konzentrieren.
WP3: Synthese des solaren Beitrags zum Klimawandel auf der dekadischen und der Jahrhundertzeitskala
WP3 wird eine Synthese der Ergebnisse aus WP1 und WP2 herstellen, um das Verständnis des solaren Anteils an der Klimaentwicklung in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft auf den dekadischen und Jahrhundertzeitskalen in der Nordhemisphäre zu verbessern und voranzubringen. Dies beinhaltet eine Zusammenstellung und Interpretation der verantwortlichen Kopplungsmechanismen sowie Abschätzungen der Rolle dekadischer und längerfristiger solarer Variabilität für eine Modulation und Synchronisation interner Variabilitätsmoden, der Bedeutung solarer Variabilität für die Vorhersagbarkeit des dekadischen Klimas sowie des Einflusses der Sonne auf den Klimawandel.