2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15982Derzeit weisen Klimamodelle energetische Inkonsistenzen auf, deren Fehler dem Energieungleichgewicht des Erdklimasystems aufgrund anthropogener Treibhausgasemissionen entspricht. Dies führt zu Fehlern in den Modellen und beschränkt deren Fähigkeit, klimarelevante Prozesse und Mechanismen vorherzusagen, die letztendlich die Klimaprojektionen beeinflussen. Um diese Mängel zu beheben, müssen wir dringend Modellinkonsistenzen numerischer und mathematischer Natur beheben, indem wir das physikalische Verständnis der Energietransfers zwischen den drei wichtigsten dynamischen Regimen in der Atmosphäre und im Ozean vertiefen, d.h. kleinskalige Turbulenz, Schwerewellen und geostrophisch balancierte Bewegungen.Der TRR181 bündelt Expertise in experimenteller und theoretischer physikalischer Ozeanographie und Meteorologie, numerischer Modellierung und Mathematik umi. das notwendige Verständnis der Energietransfers zwischen den verschiedenen dynamischen Regimen der Atmosphäre und des Ozeans zu entwickeln,i. neue und energetisch konsistente Parametrisierungen in Ozean-, Atmosphären- und gekoppelten Modellen zu entwickeln, zu testen und zu implementieren,ii. numerische und mathematische Methoden mit konsistenter Energetik zu entwickeln.Durch die bisherige und zukünftige Arbeit des TRR 181 wird neues Verständnis geschaffen und Mängel inkonsistenter Atmosphären- und Ozeanmodellen werden behoben. Unsere Vision ist eine energetisch konsistente Beschreibung des gekoppelten Klimasystems und physikalisch, mathematisch und numerisch konsistente Modelle für die Atmosphäre und den Ozean zu entwickeln. In der ersten Phase des TRR 181 wurden erfolgreiche Schritte in Richtung unseres Ziels energetisch konsistenter und verbesserten Atmosphären- und Ozeanmodellen unternommen. Unter dem Motto „von Modellkonsistenz zur verbesserten Genauigkeit von Klimamodellen“ wollen wir in die zweite Phase übergehen, indem die Modelle mit neuen Parameterisierungen und verbesserter Numerik ausgestattet werden, die in der ersten Phase entwickelt wurden. Neue physikalische und mathematische Konzepte und ein tieferes Verständnis, das neue wichtige Prozesse berücksichtigt, werden in der zweiten Phase zu neuen und genaueren Parameterisierungen und Algorithmen führen, die einen weiteren großen Schritt hin zu energetisch konsistenten Modellen von der regionalen bis zur globalen Skala darstellen. In diesem Teilprojekt schlagen wir drei Arbeitspakete vor, um die Mechanismen der Energietransfers in Meeresoberflächenähe sowohl experimentell als auch numerisch zu untersuchen und um die Modellierung dieses Energietransfers in großskaligen Zirkulationsmodellen vorzubereiten. Experimentelle und numerische Arbeiten werden die in der ersten Phase des TRR entwickelten Methoden nutzen, um die physikalischen Prozesse zu identifizieren, die die Energietransfers zwischen Ozean und Atmosphäre kontrollieren, und um den Energiehaushalt in der gekoppelten atmosphärisch/ozeanischen Grenzschicht zu quantifizieren.At present, climate models feature energetic inconsistencies, with an error equivalent in magnitude to the energy imbalance of the Earth’s climate system due to anthropogenic greenhouse gas emissions. This leads to biases in the models and limits their ability to predict climate-relevant processes and mechanisms which ultimately affects climate projections. To resolve these shortcomings, we urgently need to address model inconsistencies of numerical and mathematical nature by deepening the physical understanding of energy transfers between the three main dynamical regimes in the atmosphere and the ocean, i.e. small-scale turbulence, gravity waves and geostrophically balanced motion. This CRC assembles expertise in observational and theoretical physical oceanography and meteorology, numerical modelling, and mathematics toi. develop the necessary understanding of the energy transfers between the different dynamical regimes of the atmosphere and the ocean,i. develop, test and implement new and energetically consistent parameterizations in ocean, atmosphere and coupled models,ii. develop numerical and mathematical methods featuring consistent energetics.By resolving the dilemma of missing understanding and inconsistent atmosphere and ocean models with large biases by the past and future work of this CRC, it is our vision to subsequently establish an energetically consistent framework of the coupled climate system and to develop physically, mathematically and numerically consistent models for both the atmosphere and the ocean.Successful steps towards our goal of energetically consistent and improved atmosphere and ocean models have been made in the first phase of the CRC. We propose to transition now towards the second phase under the motto “from model consistency to improved accuracy of climate models'' by equipping the models with new parameterizations and numerics developed during the first phase. Novel physical and mathematical concepts and a deeper understanding taking new important processes into account will lead in the second phase to new and more accurate parameterizations and numerics that mark a further huge step towards energetically consistent models from the regional to the global scale. In this project, we propose three work packages to experimentally as well as numerically examine the unknown details of the energy transfer mechanisms in the vicinity of the ocean surface, and to prepare the supplementary modelling of this energy transfer in general circulation models. Experimental and numerical efforts will exploit the techniques developed during the first phase of this CRC to identify the physics controlling air-sea energy fluxes and to quantify the mechanical energy budget within the coupled atmospheric and oceanic boundary layers.