Arctic Amplification: Climate Relevant Atmospheric and Surface Processes and Feedback Mechanisms (AC)³

Das Transregionale Forschungsprojekt "Arctic Amplification: Climate Relevant Atmospheric and Surface Processes and Feedback Mechanisms (AC)³" stellt die vielschichtige Erforschung der verstärkten Erwärmung der erdoberflächennahen Temperatur in der Arktis innerhalb der vergangenen Jahrzehnte, bekannt als die Arktische Verstärkung (engl. arctic amplification), in den Fokus. Ziel ist es, die entscheidenden Prozesse und Rückkopplungsmechanismen zu identifizieren, zu untersuchen und deren Bedeutung für die Arktische Verstärkung zu quantifizieren.

Hintergrund:

Die Erde hat sich in den letzten 150 Jahren durchschnittlich um 0,87 K erwärmt. In der Arktis ist diese Erwärmung in den letzten Jahrzehnten deutlich stärker ausgefallen, sodass sich die oberflächennahe Lufttemperatur in den mittleren Breiten um 2 K erwärmt hat. Die übermäßige Erwärmung der Arktis im 21. Jahrhundert ist sowohl eine Folge als auch ein Treiber von spezifischen Rückkopplungsprozessen, die zu drastischen Veränderungen wie dem Rückgang des Meereises seit etwa 1970 führen. Diese Rückkopplungsprozesse resultieren teilweise aus den einzigartigen arktischen Bedingungen wie Temperaturinversionen, heterogenen Oberflächen und langanhaltenden niedrigen Wolken sowie dem Austausch von Wärme, Feuchtigkeit und Momentum zwischen Ozean und Atmosphäre. Die genauen Auswirkungen und das Zusammenspiel dieser Mechanismen sind komplex und schwer zu quantifizieren, was zu unterschiedlichen Interpretationen über die Wechselwirkungen zwischen der arktischen Erwärmung und den Wetterphänomenen in den mittleren Breiten führt. Nichtsdestotrotz wird im Rahmen des AC3-Projekts genau diese Wechselwirkung untersucht.

Abbildung 1: Das vereinfachte (AC)³-Schema wichtiger lokaler und entfernter Prozesse und Rückkopplungsmechanismen, die die arktische Verstärkung antreiben. Die Abbildung veranschaulicht die anfängliche Auslösung durch die globale Erwärmung (rot) und zeigt Beispiele für Prozesse/Rückkopplungsmechanismen wie die lokale Oberflächen-Albedo-Rückkopplung (schwarz), Effekte im oberen Ozean (braun), lokale atmosphärische Prozesse (grün) und entfernte Relationen zwischen Arktis und mittleren Breiten (gelb). Entnommen und angepasst aus Wendisch et al. (2023).

Vorgehen:

Zunächst haben wir unser Wissen über wichtige atmosphärische Prozesse, insbesondere bezüglich arktischer Mischphasenwolken und deren Interaktion mit Oberflächenparametern, erheblich erweitert. Die Basis hierfür stellen umfassenden Messungen aus Feldkampagnen sowie Langzeitbeobachtungen von Boden- und Satellitendaten und entsprechende Simulationen dar. Daraufhin wurden Grundlagen für eine einzigartige Langzeitbewertung der arktischen Klimaveränderungen mit Satellitendaten geschaffen und neue Satellitenretrievaltechniken entwickelt, um Veränderungen in wichtigen ozeanischen und atmosphärischen Parametern genau zu identifizieren. Zudem wurde die Repräsentation von Feedback-Mechanismen in atmosphärischen und klimatischen Modellen erweitert, z.B. durch die Implementierung neuer Parameter. Die übergeordneten Ziele für Phase II sind, die Schlüsselprozesse zu identifizieren, zu untersuchen und zu bewerten, die zur arktischen Verstärkung beitragen, die lokalen und globalen Rückkopplungsmechanismen besser zu verstehen und ihre relative Bedeutung für die arktische Verstärkung zu quantifizieren. Wir werden vier bereichsübergreifende Aktivitäten (CCAs) implementieren, um unsere Forschung auf ein neues, hoch integratives Niveau zu heben, indem wir Kampagnenbeobachtungen und Langzeitmessungen (bodenbasiert, Schiff, Flugzeug, Satellit) mit regionalen Prozess- und globalen Klimamodellen kombinieren, und dabei den gesamten Jahreszyklus der arktischen Klimaveränderungen sowie die wenig erforschte zentrale Arktis abdecken.

Organisation:

Das Forschungsprojekte ist unterteilt in 5 verschiedene Projektcluster, die unterschiedliche Thematiken die mit dem Phänomen der Arktischen Verstärkung einhergehen, in den Fokus setzen. Diese Cluster sind in Abbildung 1 zu sehen. Um grundlegende und signifikante Fortschritte in unserem Verständnis der arktischen Verstärkung zu erzielen, werden wir die folgenden drei strategischen Fragen (SQs) weiterverfolgen:

  • Was sind die Hauptursachen und ihre relativen Beiträge zur arktischen Verstärkung?
  • Wie wirken sich Veränderungen der meridionalen Transporte auf das Wetter und das Klima in der Arktis und den mittleren Breiten aus?
  • Welche durch die arktische Verstärkung verursachten Trends können identifiziert werden und wie werden sie sich in einem zukünftigen, wärmeren Klima entwickeln

Abbildung 2: Cluster-Einteilung des (AC)³-Projekts in Projektcluster A-E