Das Erdsystemmodell der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS-ESM2.0), ein hochentwickeltes Erdmodellierungstool, hat einen großen Durchbruch bei der vollständig gekoppelten atmosphärischen CO2-Simulation erzielt, wie in gezeigt Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaften.
Die Studie wurde von Forschern des Instituts für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Beijing Normal University und der Stony Brook University durchgeführt.
Ihre Ergebnisse unterstreichen die außergewöhnliche Fähigkeit von CAS-ESM2.0 bei der wechselseitigen Kopplung terrestrischer und mariner Kohlenstoffkreisläufe sowie des atmosphärischen CO2, was genaue räumlich-zeitliche Bewertungen atmosphärischer CO2-Änderungen ermöglicht.
Der atmosphärische CO2-Gehalt, ein zentrales Treibhausgas, ist seit der industriellen Revolution stark angestiegen und hat erhebliche Auswirkungen sowohl auf das globale Klima, was zu einer Erwärmung durch den Treibhauseffekt führt, als auch auf die Ökosysteme durch die Verbesserung der Photosynthese der Pflanzen. Es bleibt von zentraler Bedeutung für die weltweite Klima- und Umweltforschung.
Erdsystemmodelle spielen eine entscheidende Rolle bei der Untersuchung von Änderungen der atmosphärischen CO2-Konzentration und ihrer komplexen Wechselwirkungen mit dem Klima über verschiedene raumzeitliche Skalen hinweg. Die vollständige Kopplung des atmosphärischen CO2 in diesen Modellen war lange Zeit eine Herausforderung, insbesondere bei emissionsgesteuerten Simulationen, bei denen CO2 mit den Kohlenstoffkreisläufen an Land und im Meer interagiert. Diese Komplexität birgt zahlreiche Herausforderungen und Unsicherheiten.
CAS-ESM2 ist in der Lage, den steigenden Trend des atmosphärischen CO2 von 1850 bis 2014 sowie die Reaktion der Netto-Kohlenstoffflüsse an Land und im Meer sinnvoll zu simulieren. Bildnachweis: Jiawen Zhu und das GPVis-Visualisierungsteam
Über mehrere Jahrzehnte hinweg wurde CAS-ESM kontinuierlich weiterentwickelt und gipfelte in der Veröffentlichung von CAS-ESM2.0. Mit dieser neuesten Version wurde die sechste Phase der Simulationen (konzentrationsgesteuerte Läufe) des Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6) Diagnosis, Evaluation, and Characterization of Klima (DECK) abgeschlossen und die Ergebnisse an CMIP6 übermittelt.
Die anschließenden Bemühungen des Teams konzentrierten sich auf die Verbesserung von CAS-ESM2.0, um eine wechselseitige Kopplung zwischen atmosphärischem CO2, dem physikalischen Klimasystem und dem Kohlenstoffkreislauf an Land und im Ozean zu erreichen. Dieser Durchbruch ermöglicht es CAS-ESM2.0, CO2-Kohlenstoff-Klima-Wechselwirkungen zu simulieren und die atmosphärischen CO2-Konzentrationen autonom zu berechnen.
Unter Nutzung der Fähigkeiten von CAS-ESM2.0 führten die Forscher eine gekoppelte Kohlenstoff-Klima-Simulation im Einklang mit dem historischen emissionsgesteuerten Experimentvorschlag von CMIP6 durch. Die Ergebnisse sind bemerkenswert: CAS-ESM2.0 zeigt eine hervorragende Übereinstimmung mit den Beobachtungen, reproduziert den steigenden Trend der jährlichen CO2-Werte von 1850 bis 2014 genau und erfasst den saisonalen CO2-Zyklus.
Die potenziellen Anwendungen von CAS-ESM sind vielfältig, da es CO2-Kohlenstoff-Klima-Wechselwirkungen simulieren kann. Es bietet ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung wissenschaftlicher Fragen im Zusammenhang mit Kohlenstoff-Klima-Wechselwirkungen, ermöglicht die Quantifizierung von Modellverzerrungen im Zusammenhang mit bestimmten Prozessen wie Feuer- und Vegetationsdynamik und deckt die zugrunde liegenden Mechanismen auf.
Darüber hinaus verspricht CAS-ESM, Chinas Ziel der CO2-Neutralität zu unterstützen. Durch den Einsatz von CAS-ESM zur Bewertung der Netto-Kohlenstoffflüsse in jeder Phase der CO2-Neutralität können politische Entscheidungsträger unschätzbare Erkenntnisse erhalten, um Strategien zur CO2-Neutralität zu verfeinern.
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Jiawen Zhu et al., CAS-ESM2.0 reproduziert erfolgreich historisches atmosphärisches CO2 in einer gekoppelten Kohlenstoff-Klima-Simulation, Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaften (2023). DOI: 10.1007/s00376-023-3172-9