Indikatoren des Klimawandels mittels Radio-Okkultation

Die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft unternimmt große Anstrengungen in der Erforschung des globalen Klimawandels. Dennoch bestehen immer noch Unsicherheiten und Widersprüche im Hinblick auf Detektion, Ursachenzuweisung und Vorhersage von Klimatrends. Ein Hauptgrund ist der Mangel an genauen und langfristig stabilen Klimabeobachtungen. Dieser Umstand war Anlass für das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Aktionen höchster Priorität für die zukünftige Klimabeobachtung zu definieren. Eine viel versprechendes Werkzeug zur Bewältigung dieses Problems ist die Radio-Okkultationsmethode (RO), welche Signale von Navigationssatelliten (GNSS - Global Navigation Satellite System) verwendet. Die besondere Eignung für Klimabeobachtungen resultiert aus der einzigartigen Kombination von Genauigkeit, Langzeit-Stabilität, globaler Bedeckung und Allwetter-Tauglichkeit. Die größte Genauigkeit von Klimavariablen (wie Temperatur und Geopotentielle Höhe von Druckschichten) wird in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) erzielt. Die Veränderung der thermischen Struktur in dieser Höhenregion ist ein sensitiver Indikator für den Klimawandel. Hauptziel des Projektes ist in diesem Kontext die Exploration und das Auffinden von Indikatoren des atmosphärischen Klimawandels für die UTLS Region unter Verwendung von RO-basierten Klimatologien, sowie von "proxy" Re-analyse- und Klimamodelldaten zur Untersuchung des Langzeitverhaltens. Da die vorhandenen RO Klimatologien nur über einen beschränkten Zeitraum (kontinuierliche Beobachtungen gibt es erst seit 2002) zur Verfügung stehen, erweitern wir unseren Beobachtungsdatensatz mit Re-Analysedaten bis ins Jahr 1979 zurück. Simulationsdaten von globalen Klimamodellen, kürzlich für den vierten IPCC Assessment Report (AR4) fertig gestellt, werden als"proxy" Daten bis zum Jahr 2050 verwendet. Die systematische Datenexploration, um die robustesten und sensitivsten RO basierten Trendindikatoren zu finden, erfolgt einerseits mittels vordefinierter Indikatoren über einen Multi-Model/Multi-Ensemble Ansatz, andererseits durch eine neue visualisierungs-basierte Exploration von 4D Feldern. Auf Basis der "besten" Indikatoren erfolgt eine Untersuchung der RO Klimatologien bezüglich Trenddetektierung mit Hilfe von "optimal detection (fingerprinting)" Methoden. Zudem wird eine Validierung der Klimamodelle mit Hilfe der Beobachtungsdaten durchgeführt. Ziel von INDICATE ist es, mit der Bereitstellung von optimalen RO basierten UTLS Klimatrend-Indikatoren sowie mit der Validierung von Klimamodellen einen wesentlichen Beitrag zu Monitoring und Erforschung des Klimawandels zu leisten.

Die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft unternimmt große Anstrengungen in der Erforschung des globalen Klimawandels. Dennoch bestehen immer noch Unsicherheiten und Widersprüche im Hinblick auf Detektion, Ursachenzuweisung und Vorhersage von Klimatrends. Ein Hauptgrund ist der Mangel an genauen und langfristig stabilen Klimabeobachtungen. Dieser Umstand war Anlass für das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Aktionen höchster Priorität für die zukünftige Klimabeobachtung zu definieren. Eine viel versprechendes Werkzeug zur Bewältigung dieses Problems ist die Radio-Okkultationsmethode (RO), welche Signale von Navigationssatelliten (GNSS - Global Navigation Satellite System) verwendet. Die besondere Eignung für Klimabeobachtungen resultiert aus der einzigartigen Kombination von Genauigkeit, Langzeit-Stabilität, globaler Bedeckung und Allwetter-Tauglichkeit. Die größte Genauigkeit von Klimavariablen (wie Temperatur und Geopotentielle Höhe von Druckschichten) wird in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) erzielt. Die Veränderung der thermischen Struktur in dieser Höhenregion ist ein sensitiver Indikator für den Klimawandel. Hauptziel des Projektes ist in diesem Kontext die Exploration und das Auffinden von Indikatoren des atmosphärischen Klimawandels für die UTLS Region unter Verwendung von RO-basierten Klimatologien, sowie von "proxy" Re-analyse- und Klimamodelldaten zur Untersuchung des Langzeitverhaltens. Da die vorhandenen RO Klimatologien nur über einen beschränkten Zeitraum (kontinuierliche Beobachtungen gibt es erst seit 2002) zur Verfügung stehen, erweitern wir unseren Beobachtungsdatensatz mit Re-Analysedaten bis ins Jahr 1979 zurück. Simulationsdaten von globalen Klimamodellen, kürzlich für den vierten IPCC Assessment Report (AR4) fertig gestellt, werden als "proxy" Daten bis zum Jahr 2050 verwendet. Die systematische Datenexploration, um die robustesten und sensitivsten RO basierten Trendindikatoren zu finden, erfolgt einerseits mittels vordefinierter Indikatoren über einen Multi-Model/Multi-Ensemble Ansatz, andererseits durch eine neue visualisierungs-basierte Exploration von 4D Feldern. Auf Basis der "besten" Indikatoren erfolgt eine Untersuchung der RO Klimatologien bezüglich Trenddetektierung mit Hilfe von "optimal detection (fingerprinting)" Methoden. Zudem wird eine Validierung der Klimamodelle mit Hilfe der Beobachtungsdaten durchgeführt. Ziel von INDICATE ist es, mit der Bereitstellung von optimalen RO basierten UTLS Klimatrend-Indikatoren sowie mit der Validierung von Klimamodellen einen wesentlichen Beitrag zu Monitoring und Erforschung des Klimawandels zu leisten.