DAM Schutz und Nutzen - CoastalFutures: Zukunftsszenarien zur Förderung einer nachhaltigen Nutzung mariner Räume; Vorhaben: UHH-ExtreMar- Klimabedingte Extremereignisse und ihre Auswirkungen auf das marine Ökosystem

Abstract

Im Teilprojekt ExtreMari sollte das Verständnis von Auswirkungen des globalen Klimawandels auf regionale Extremereignisse in der Nord- und Ostsee bzw. dem angrenzenden Nordwest-Europäischen Schelf verbessert werden. Effekte des Klimawandels in der Atmosphäre und im Ozean können das Risiko von regionalen und lokalen Extremereignissen potentiell erhöhen. Starkwindereignisse, Sturmfluten und insbesondere marine Hitzewellen stellen für marine Lebensräume bereits unter heutigen klimatischen Bedingungen eine erhebliche Belastung dar. Basierend auf Modellergebnissen von hochaufgelösten Klimaprojektionen für das 21. Jahrhundert sollten sowohl Antriebsmechanismen und dominierende Variabilitätsmoden dieser Ereignisse als auch mögliche zukünftige Änderungen in der Dynamik damit verbundener Wetterverhältnisse identifiziert werden. Das spezifische Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Modellsystems, das die realistische hochfrequente Variabilität (auf täglicher Zeitskala) der Oberflächentemperatur (SST) aus niederfrequenten (monatlichen) Daten eines globalen Klimamodells (GCM) zurückgewinnen kann. Dafür wurde ein KI-Modell trainiert, um die hochfrequente SST-Variabilität auf Grundlage bestimmter niederfrequenter Eingabeparameter vorherzusagen. Das Training erfolgte mit auf Beobachtungen basierenden Daten (ERA5). Nach dem Training wurde die KI-Komponente in ein Hybridmodell integriert. In diesem Hybridmodell wurden die niederfrequenten Eingabeparameter für das KI-Modul aus Daten von GCM-Simulationen bereitgestellt. Abschließend wurden die niederfrequenten SST-Informationen des GCM mit der Vorhersage des KI-Modells kombiniert, um eine hochfrequente SST-Zeitreihe zu erzeugen. Mit diesem Modellsystem ließen sich sowohl projizierte Klimaänderungssignale als Ursache von anthropogenen Treibhausgasemissionen als auch die natürliche Variabilität des dynamischen Systems über eine große Bandbreite räumlicher wie zeitlicher Skalen analysieren (regional bis großskalig, interannual bis multidekadisch). Im Speziellen konnten Extremwertstatistiken für alle relevanten Parameter abgeleitet werden, die zur Beschreibung von marinen Hitzewellen verwendet werden. Auf diese Weise können die Ergebnisse auch dazu dienen, Hypothesen über zukünftige klimabedingte Änderungen zu testen.