Max-Planck-Institut für Meteorologie

Forschungsthemen am MPI-M

Unter der Leitung von Prof. Dr. Bjorn Stevens erforscht die Abteilung „Klimaphysik“ schwerpunktmäßig die Zirkulation der Atmosphäre und ihre Bedeutung für die Dynamik des Erdsystems. Besonderes Gewicht wird dabei auf Prozesse gelegt, die den Energiefluss durch das Erdsystem regulieren, insbesondere die Verteilung von Wolken und Wasserdampf. Spezielle Forschungsfragen sind u. a.: Wodurch wird die planetare Albedo beeinflusst? Wodurch wird die Struktur des hydrologischen Kreislaufs bestimmt? Welche Rolle spielen Prozesse in der mittleren und oberen Atmosphäre für unser Klima? Zu den Initiativen der Abteilung gehören die Entwicklung eines Erdsystemmodells der nächsten Generation (ICON) und der Aufbau einer Station zur Beobachtung des Zusammenspiels von Aerosolen, Wolken und Niederschlag auf der Karibikinsel Barbados.

Unter der Leitung von Sarah Kang, PhD, strebt die Abteilung „Klimadynamik“ ein verbessertes Verständnis der globalen Klimadynamik an. Eingesetzt wird dafür eine einzigartige Forschungsstrategie, die eine systematische Kombination einer Modellhierarchie mit prinzipienbasierten Theorien umfasst. Der Schwerpunkt liegt auf der Erforschung der Mechanismen, die für großräumige Klimaveränderungen in verschiedenen Regionen verantwortlich sind – vom tropischen Pazifik bis zu den Polargebieten – sowie auf dem Verständnis der Zusammenhänge zwischen diesen Regionen. Ein Schlüsselaspekt dieser Forschung ist die Untersuchung eng gekoppelter Prozesse auf mehreren Ebenen – die Kopplung zwischen Wolken und Strahlung, atmosphärischer Zirkulation und Ozeandynamik.

Die Forschungsaktivitäten der Abteilung „Klimavariabilität“, die von Prof. Dr. Jochem Marotzke geleitet wird, umfassen fast alle Aspekte der Rolle des Ozeans im Klimasystem. Neben den Mechanismen der Ozean-Klima-Dynamik und Biogeochemie untersucht die Abteilung ebenso glaziale und interglaziale Zyklen sowie das Verhalten der meridionalen Umwälzbewegung des Ozeans in einer zukünftigen Welt mit erhöhten Treibhausgaskonzentrationen. Hierfür nutzt die Abteilung hauptsächlich gekoppelte Ozean-Atmosphären- und Erdsystemmodelle, setzt aber auch Beobachtungen, statistische Analysen und Datenassimilationen ein, um das bisherige Wissen über den Ozean der Vergangenheit, der Gegenwart und der Zukunft zu verbessern. Wichtige Initiativen innerhalb der Abteilung sind die Entwicklung der Ozeankomponente für das ICON-Modell sowie die Einrichtung eines Systems für dekadische Klimavorhersagen.

Die Abteilungen und Forschungsgruppen arbeiten eng zusammen mit dem gemeinsamen Ziel, das sich wandelnde Klima auf unserer Erde zu verstehen. Die Wissenschaftler am MPI-M untersuchen die Anfälligkeit des Erdsystems gegenüber Störungen wie etwa Änderungen in der Zusammensetzung seiner Atmosphäre, und erforschen die Grundlagen und Grenzen der Vorhersagbarkeit des Erdsystems. Dazu entwickelt und analysiert das MPI-M hoch komplexe Erdsystemmodelle, die die Prozesse in der Atmosphäre, auf dem Land und im Ozean simulieren. Solche Modelle sind wichtige Werkzeuge in der Klimaforschung und dienen international als Bewertungsgrundlage für den Klimawandel. Sie ermöglichen es nicht nur, Klimaänderungen in der Vergangenheit zu beschreiben, mit ihnen lassen sich auch mögliche zukünftige Änderungen des Klimas abschätzen. Gezielt eingesetzte in-situ-Messungen und Satellitenbeobachtungen ergänzen die Modellsimulationen.

Breit aufgestelltes Forschungsnetzwerk

Das MPI-M stellt seine Modelle auch der internationalen Wissenschaftsgemeinde zur Verfügung. Darüber hinaus bilden die Modelle des MPI-M die Grundlage für den deutschen Beitrag zu den Sachstandsberichten des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) – zuletzt für den 2021 veröffentlichten 6. Sachstandsbericht.

Das MPI-M mit Sitz in Hamburg ist eingebunden in ein breit aufgestelltes Forschungsnetzwerk: Zusammen mit der Universität Hamburg und weiteren außeruniversitären Einrichtungen und Behörden bildet es den KlimaCampus Hamburg, ein einzigartiges Netzwerk für Klimaforschung, Klimawandel und Klimafolgen in Hamburg. Darüber hinaus arbeitet das MPI-M eng mit dem Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) zusammen, das die Höchstleistungsrecherkapazitäten und technische Unterstützung für die Modellsimulationen bereitstellt. Mit der International Max Planck Research School on Earth System Modelling (IMPRS-ESM) ist dem MPI-M eine fach- und einrichtungsübergreifende Doktorandenschule angeschlossen.

Die Rolle des MPI-M innerhalb der ESRP

Innerhalb der Partnerschaft Erdsystemforschung sieht sich das MPI-M als Knotenpunkt der Modellierungsarbeiten – es führt die verschiedenen Modellkomponenten zu einem umfassenden Erdsystemmodell zusammen und führt Experimente mit ihm durch.

Mit NARVAL (North Atlantic Rainfall VALidation) und Messflügen für die Feldstudie EUREC4A (Elucidating the role of clouds-circulation coupling in climate) auf und vor der Insel Barbados hat das MPI-M zwei Einsätze des Forschungsflugzeugs HALO koordiniert.