Forschungsgruppen in der Abteilung Erdsystemanalyse
Der Planet Erde befindet sich gegenwärtig in einer ungewöhlich langen Zwischeneiszeit. Der dominante Antrieb für Veränderungen im derzeitigen Anthropozän ist menschliche Aktivität, die Atmosphäre, Ozean und Landflächen verändert. Diese Aktivität besteht nicht nur im Ausstoß von Treibhausgasen, sondern auch in direkten großräumigen Eingriffen in die Biosphäre an Land und im Meer.
Die Forschungsabteilung „Erdsystemanalyse“ (RD1) organisiert die Arbeit in den folgenden sechs Arbeitsgruppen der Erdsystemwissenschaft:
Langfristige Entwicklungspfade (LTT)
Die LTT-Gruppe untersucht vergangene Klimavariabilität (im Quartär), um unser Verständnis von Sensitivitäten, Rückkopplungen und kritischen Schwellen im Erdsystem zu verbessern. Das Ziel ist es, zukünftige Entwicklung der Erde im Anthropozän (von Jahrhunderten bis über 100.000 Jahre hinaus) besser vorhersagen zu können. Dies basiert hauptsächlich auf Simulationen mit dem schnellen Erdsystemmodell CLIMBER-X, das die Ko-Evolution von Klima, Eisschilden und Kohlenstoffkreislauf abbildet.
Erdsystemdynamik (ESD)
Diese (zukünftige, noch zu entwickelnde) Arbeitsgruppe wird sich auf die Forschung zu Ozean-Eis-Atmosphäre konzentrieren.
Vergangenheit und Zukunft der Erde (PATH)
PATH untersucht den Zustand des gekoppelten Erdsystems in der Vergangenheit und in der Zukunft. Es werden eine Vielzahl von Forschungsthemen behandelt, darunter vergangene Klimaveränderungen und Verlust der Biodiversität, die Ko-Evolution von Klima und der Biosphäre der Erde, die Stabilität von Erdsystemkomponenten in der Vergangenheit und Zukunft, Trajektorien des Erdsystems im Anthropozän sowie Veränderungen in der ozeanischen und atmosphärischen Zirkulation.
Sicherer Handlungsraum Landbiosphäre (TESS)
TESS führt Kernforschungen zu den Dynamiken der planetaren Grenzen der Landoberfläche durch – Veränderungen in Süßwasser, Landnutzung, Stickstoffflüsse, Integrität der Biosphäre, Klimawandel – und zur Aufrechterhaltung eines terrestrischen sicheren Handlungsspielraums für die Menschheit. Dies umfasst die systematische Quantifizierung kritischer Interaktionen zwischen den Grenzen und den Auswirkungen ihrer Überschreitung sowie die Bewertung von Handlungsoptionen zur Stabilisierung der Erde mit Grenzen durch Transformationen des Agrar- und Lebensmittelsystems sowie hydrologische Pflege. Die Analysen basieren hauptsächlich auf Simulationen mit dem globalen LPJmL-Biosphärenmodell, das zunehmend mit POEM und anderen Modellen und Werkzeugen verknüpft wird.
Ökosysteme im Wandel (EST)
EST untersucht den Einfluss funktionaler Vielfalt und Feuerdynamik auf die Funktionsweise globaler Ökosysteme sowie auf Erdsystem-Kipppunkte wie den Amazonas-Regenwald. Die Forschung befasst sich mit den Auswirkungen funktionaler Diversität, struktureller Diversität und der ober- und unterirdischen Pflanzenkonkurrenz auf das Zusammenleben von Pflanzen und die Stabilität natürlicher und bewirtschafteter Landökosysteme. Ökosysteme werden unter Verwendung von Methoden des maschinellen Lernens und Modell-Daten-Ansätzen analysiert, um zur planetaren Grenze der Biosphäre beizutragen. Die Gruppe entwickelt das flexible, Trait-basierte Biosphärenmodell LPJmL-FIT sowie das prozessbasierte SPITFIRE-Modell, das in das LPJmL-Biosphärenmodell eingebettet ist, und trägt zur Entwicklung und Anwendung von POEM bei.
Klimextreme (CEX)
CEX hat das Ziel, die wichtigsten Klimaanomalien und Extremwetterereignisse zu identifizieren und zu diagnostizieren sowie die physikalischen Mechanismen zu verstehen, die den lokalen und globalen atmosphärischen Zirkulationsmustern zugrunde liegen, die zu extremen Klima- und Wetterereignissen führen. Globale Telekonnektionsmuster und Land-Ozean-Atmosphäre-Interaktionen werden analysiert, um zu verstehen, welche Mechanismen hauptsächlich zum Anstieg von Extremereignissen beitragen und um ihre potenziellen Auswirkungen auf menschliche Aktivitäten und die Umwelt besser zu verstehen. Besonderes Augenmerk gilt den Mechanismen, die zu verstärkenden, kaskadierenden oder kombinierten Extremereignissen führen, die schwere Folgen für das Klimasystem haben können. Zu diesem Zweck werden sowohl Beobachtungsdaten als auch Simulationsdaten aus modernen globalen Klimamodellen verwendet.
