Third party funded individual grant
Start date : 01.02.2021
End date : 30.09.2024
Coupled atmosphere/ocean general circulation models, or global climate models (GCMs) in short, are our most important tools for projecting climate into the future. In addition, they provide input for regional atmospheric models that translate global climate change to regional and local scales where humans face the impacts. Owing to this importance, GCMs must be evaluated against the observed past climate as thoroughly as possible, where one focus is the so-called historical period from 1850 to present. However, the evaluation task is difficult for the period of World War II and earlier due to a frequent lack of reliable observations. The outlined problem is exacerbated for the Southern Hemisphere, which has been notoriously understudied in comparison to the climate of the Northern Hemisphere. --- The present project proposes to utilize a rather recently discovered proxy archive (crustose coralline algae, CCA) for extending the observational record of the climatic environment of New Zealand back to ~1850, and exploit the new data set for the benefit of GCM evaluation, regional atmospheric modeling, and improved understanding of climate system functioning. CCA has a number of advantages compared to other proxy archives (e.g., easy retrieval, high temporal resolution, worldwide distribution). In the first part we will collect CCA offshore New Zealand and extract geochemical signals that allow us to reconstruct ocean temperatures back to the 19th century (the large-scale signal). Second, this new information will be employed in GCM evaluation to reveal their skill of representing large-scale climate of New Zealand. And third, regional numerical atmospheric modeling will be conducted to test whether the addition of the CCA-based criterion to the GCM evaluation ultimately adds value to regional climate modeling. A focus here will be on highaltitude climate and glacier variability in the Southern Alps (the impact signal). The regional modeling will also allow us to unravel the physical mechanisms that determine the potential of CCA as a climate proxy in New Zealand. --- The proposed project bundles the expertise of three partners across the fields of paleoclimate, Southern Hemisphere climatology and measurements, and climate modeling, which strongly supports the project goals due to the collaboration. The implications of the potential results, however, will go beyond the specific case study. Results will demonstrate how to rigorously combine the GCM and climate proxy worlds in a systematic framework, highlighting the role of CCA, and how the said combination can enhance regional climate modeling down to the local scale. These points are of generic importance for climate modeling and climate impact research.
Globale Klimamodelle (Abk. GCMs) sind unsere wichtigsten wissenschaftlichen Werkzeuge, um das Klima der Zukunft einzuschätzen. Zudem liefern sie Daten-Input für regionale Atmosphärenmodelle, die uns die Berechnungen erlauben, wie sich der globale Klimawandel in bestimmten Regionen und Orten äußern wird (der sog. Klima-Impakt). Aufgrund dieser Bedeutung müssen GCMs so gut wie möglich mit Beobachtungen des vergangenen Klimas evaluiert werden, wobei ein Fokus auf der sog. "historischen Periode" von 1850 bis zur Gegenwart liegt. Die Evaluierung ist jedoch für den Zeitraum vor 1950 schwierig wegen einer deutlich reduzierten Beobachtungsqualität. Für die Südliche Hemisphäre ist das skizzierte Problem besonders groß, da sie im Vergleich zur Nördlichen Hemisphäre schwächer untersucht ist. --- Das hiesige Projekt setzt einen aufstrebenden Klima-Indikator ein, krustenbildende coralline Algen (KCA), um die Beobachtungszeitreihe des Klimas in Neuseeland bis 1850 zurück zu verlängern - mit dem Ziel der Verwendung dieses neuen Datensatzes für die Evaluierung von GCMs und Verbesserung regionaler Klimamodellierung. KCA haben
im Vergleich zu anderen Klima-Indikatoren mehrere Vorteile, z.B. ihre weltweite Verbreitung, zeitlich hoch aufgelöste Information und relativ leichte Bergung. Der erste Projektteil sieht die Sammlung von KCA vor der Küste Neuseelands vor sowie die Analyse der gespeicherten geochemischen Signale, mit denen wir die Ozeantemperatur bis in das 19. Jahrhundert zurückverfolgen können (das großräumige Klimasignal). Zweitens wird die neue Information in ein Schema der GCM-Evaluierung einfließen, das die Fähigkeit der verschiedenen globalen Modelle zeigt, das großräumige Klima Neuseelands abzubilden. Der dritte Teil widmet sich schließlich numerischen Simulationen mit einem regionalen Atmosphärenmodell, um den Wert der Einbeziehung des KCA-basierten Kriteriums für die regionale Klimamodellierung festzustellen. Der Fokus hier liegt auf dem Hochgebirgsklima und den Gletschern in den Südlichen Alpen (das Impakt-Signal). Die regionale Modellierung wird zudem enthüllen, welche physikalischen Prozesse das Potenzial von KCA als Klima-Indikator beeinflussen. --- Das Projekt bündelt die Expertise von drei Schwerpunkten (Paläoklimatologie, Klima der Südlichen Hemisphäre und Klimamodellierung) im Rahmen einer Forschungspartnerschaft, die die Ziele des Projekts maßgeblich stützt. Die Impulse der potenziellen Resultate werden aber deutlich über die Fallstudie hinausreichen. Sie werden zeigen, wie man die zwei verschiedenen Welten der Klimamodellierung und der Klima-Indikatoren in einem systematischen Schema kombiniert, inklusive der Rolle von KCA, zugunsten von Fortschritten in der regionalen Klimamodellierung und Feststellung von Klimafolgen auf regionaler und lokaler Ebene. Diese Aussichten besitzen einen generischen Wert für die aktuelle Klimaforschung.