Mineralstaub in hochaufgelösten Klimasimulationen

Nachwuchsgruppe trägt zur Entwicklung der nächsten Generation von global-gekoppelten Erdsystemmodellen bei

Globale Klimasimulationen werden typischerweise auf Modellgittern durchgeführt, in denen benachbarte Gitterpunkte über hundert Kilometer voneinander entfernt sind. Viele atmosphärische Prozesse und Phänomene, z.B. Gewitter, können mit einer solchen Auflösung nicht explizit simuliert werden, sondern müssen mit Hilfe sogenannter Parametrisierungen abgeschätzt werden. Deutlich bessere Auflösungen waren bisher mit den verfügbaren Modellen und Rechenkapazitäten nicht machbar.

Das neue Projekt NextGEMS (Next Generation Earth Modelling Systems, https://nextgems-h2020.eu), das durch das Horizon 2020 Programm der Europäischen Union gefördert wird, hat sich zum Ziel gemacht in den nächsten 4 Jahren zwei neue Erdsystemmodelle (ESM) zu entwickeln und mit diesen globale Klimasimulationen mit einer Auflösung von nur 3 km durchzuführen. Eine solch hohe Auflösung erlaubt eine viel detailliertere und explizitere Wiedergabe der Atmosphäre, des Bodens und des Ozeans, mit der ein besseres Verständnis der Antwort des Erdsystems auf sich ändernde Klimabedingungen erreicht werden soll. NextGEMS ist im September gestartet und setzt sich aus 26 Partnerinstituten aus 14 Ländern zusammen. Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Mineralstaub“ am IMK-TRO beteiligt sich an NextGEMS und wird dazu beitragen, die Mineralstaubrepräsentation in einem der beiden neuen ESM zu entwickeln. NextGEMS logo: https://nextgems-h2020.eu

Mineralstaub ist ein wichtiger Aerosoltyp, der mit Wolken und Strahlung in der Atmosphäre wechselwirkt. Darüber hinaus transportiert er Nährstoffe und hat dadurch Einfluss auf Gebiete, die weit entfernt von den Staubquellen in Wüstengebieten liegen. In einem atmosphärischen Modell wurden in einer neuen Studie unter der Leitung von Dr. Martina Klose (Klose et al., 2021) konzeptionell verschiedene Beschreibungen der Staubemission mit unterschiedlicher Komplexität getestet. Es konnte gezeigt werden, dass sich die globale Verteilung von Staub in der Atmosphäre, und dadurch auch dessen Klimaauswirkungen, je nach Beschreibung der Emission stark unterscheiden kann (Abb. 1). Die daraus gewonnenen Kenntnisse über die Sensitivität des Staubkreislaufs gegenüber Schlüsselparametern, z.B. Bodeneigenschaften oder Vegetationsbedeckung, werden als Ausgangspunkt für das Design der Mineralstaubrepräsentation im neuen hochaufgelösten ESM dienen.

Abb. 1: Globale Staubemission, Staubdeposition und Staubgehalt in der Luftsäule im Jahr 2012 basierend auf konzeptionell unterschiedlichen Beschreibungen der Mineralstaubemission im MONARCH Modell (Klose et al., 2021).

Klose, M., Jorba, O., Gonçalves Ageitos, M., Escribano, J., Dawson, M. L., Obiso, V., Di Tomaso, E., Basart, S., Montané Pinto, G., Macchia, F., Ginoux, P., Guerschman, J., Prigent, C., Huang, Y., Kok, J. F., Miller, R. L., and Pérez García-Pando, C.: Mineral dust cycle in the Multiscale Online Nonhydrostatic AtmospheRe CHemistry model (MONARCH) Version 2.0, Geosci. Model Dev., 14, 6403–6444, https://doi.org/10.5194/gmd-14-6403-2021, 2021.