Forschungsthemen und Projekte

Zu nachhaltigen Wegen in die Zukunft beizutragen, ist eine zentrale Aufgabe der SPACY-Gruppe. In diesem Forschungsbereich konzentrieren wir uns auf einen Schlüsselaspekt der nachhaltigen Entwicklung im Klimawandel: die Wechselwirkungen zwischen dem Kohlenstoffkreislauf, dem Klima, der Gesellschaft und dem System Erde.

Kernforschungsfragen

• Wie kann die künstliche Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre nachhaltige Veränderungen unterstützen? Wie kann sie Entwicklungsziele behindern?
• Wie genau können Erdsystemmodelle die Reaktion der Vegetation auf Klima- und Kohlendioxidveränderungen erfassen und wie können wir deren Beschreibung im System der Biosphäre verbessern?
• Wie wirken sich Klimawandel und Klimaschwankungen auf Gesellschaften und Volkswirtschaften aus?
• Könnten neue Pflanzenartenkombinationen dazu beitragen, die CO2-Bindung aus der Atmosphäre zu erhöhen?

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Statistiken und Mechanismen der Klimavariabilität und ihre Auswirkungen auf Extreme und Projektionen

Die Untersuchung der Ursachen und der Struktur der Klimavariabilität über räumliche und zeitliche Skalen hinweg ist eine Hauptaufgabe der SPACY-Gruppe und der Schwerpunkt des Teams Variabilität und Extreme.

Wir untersuchen:

• die Zuverlässigkeit von Schätzungen der Klimavariabilität aus Paläoklimaarchiven und Beobachtungen über Zeitskalen von Jahren bis zu mehreren tausend Jahren

• die Ursachen der Klimavariabilität und ihre Abhängigkeit vom mittleren Klimazustand

• die Fähigkeit von Klimamodellen, die lokale bis globale Klimavariabilität in der Vergangenheit und Zukunft zuverlässig zu simulieren

• die Rolle der Klimaschwankungen bei Zukunftsprojektionen, einschließlich der Auswirkungen auf Extremereignisse

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Modellentwicklung und -bewertung, Aufbau und Durchführung von Simulationen, Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens in der Klimawissenschaft

Klimamodelle bilden die Komponenten und Mechanismen des Klimasystems numerisch ab. Sie beruhen auf physikalischen Prinzipien und Näherungen für schwer auflösbare Prozessketten ("Parametrisierungen"). Als solche stellen sie ein Laboratorium dar, in dem das Klima zu allen Zeiten der Erdgeschichte und der Zukunft untersucht werden kann.

Wir setzen Modelle unterschiedlicher Komplexität ein, um das Klimasystem auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zu analysieren. Unsere Modellentwicklung konzentriert sich auf die Einbeziehung neuer Prozesse oder die detailliertere Modellierung von Prozessen, insbesondere für die Simulation von Landnutzung und Isotopen. Diese Entwicklungen helfen uns, die Qualität der Simulationen zu verbessern, da sie Prozesse implementieren, die für Zukunftsprojektionen entscheidend sind (Landnutzung, Kohlendioxidabbau), und weil sie eine direkte Möglichkeit bieten, Simulationen der Klimavergangenheit mit früheren Klimadaten zu vergleichen. Wir führen Experimente durch, die Bedingungen zu verschiedenen Zeiten in der Erdgeschichte und in der Zukunft simulieren, sowie idealisierte Experimente, die das Verständnis des Erdsystems fördern sollen.

Die Vielfalt der Themen, die mit Modellen erforscht werden können, ist immens. Als solche tragen sie zu allen anderen Forschungsbereichen unserer Gruppe bei.

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Mit dem Ziel, das Paläoklima, die atmosphärische Dynamik und geochemische Prozesse in Höhlen zu verstehen, untersuchen wir Sauerstoffisotope in Niederschlägen, Höhlentropfwasser und Speläothemen sowie Multiproxies in Sedimenten und Sekundärkarbonaten.

Wasserisotopologe, d. h. das Verhältnis zwischen dem häufigeren H₂¹⁶O und dem schwereren H₂¹⁸O, sind ein wichtiger Indikator für den Wasserkreislauf. Diese Verhältnisse ändern sich bei Phasenwechseln entlang des Feuchtigkeitspfades von Wasserpaketen und können wichtige Informationen über die Dynamik des Klimasystems liefern. Ein Forschungsschwerpunkt der SPACY-Gruppe ist die Entschlüsselung der vielfältigen Einflüsse auf diese Verhältnisse aus Klimaarchiven wie Speläothemen, Eisbohrkernen, Schelfeis und Holz, aber auch aus der Niederschlags- und Tropfwasserüberwachung. 

Forschungsschwerpunkts:

• Rekonstruktionen des Paläoklimas und der Paläoumwelt auf der Grundlage von Speläothemen und anderen Höhlenmaterialien
• Untersuchung der atmosphärischen Dynamik und der Spuren von (extremen) Wetterereignissen durch Untersuchung der Isotopenzusammensetzung im Niederschlag
• Überwachung des Mikroklimas und der geochemischen Bedingungen in der Höhle und ihrer Umgebung 
• Auswirkungen des Klimas auf die Isotopenzusammensetzung des Regenwassers von Tübingen und anderen Standorten in Süddeutschland
• Erforschung weltweiter Isotopendaten in Datenbanken (SISAL, Iso2k, etc.) und Vergleich mit Klimamodellen

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