Projektförderung: Entwicklung eines innovativen, extrem hochaufgelösten globalen Klimamodells (WarmWorld)

1 Förderziel und Zuwendungszweck, Rechtsgrundlagen
1.1 Förderziel

Die Forschungsförderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) orientiert sich am klimapolitischen Prozess der UN Klimarahmenkonvention, der Umsetzung des Klimaabkommens von Paris, am Weltklimarat „Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen" („Intergovernmental Panel on Climate Change"; IPCC) und der deutschen Anpassungsstrategie (DAS) sowie dem Klimaschutzplan 2050. Der Themenbereich Klima und Klimafolgen ist Teil der Zukunftsstrategie Forschung der Bundesregierung sowie der Strategie „Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA)" des BMBF.

Deutschland steht als bedeutende Industrienation wie auch als exzellenter Wissenschaftsstandort im Bereich der Klimaforschung in der Verpflichtung, die Grundlagen für verantwortungsbewusste Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel zu verbessern. Um die Aussagen von globalen und vor allem auch regionalen Klimaprojektionen, die für Behörden, Kommunen, Unternehmen wichtig sind, belastbarer zu machen, ist es unerlässlich, die nach wie vor beträchtlichen Unsicherheiten in den Klimaprojektionen weiter zu reduzieren: das Auflösen von systematischen und strukturellen Fehlern wie beispielsweise die Unfähigkeit bisheriger Modelle, stabile Wetterlagen („blocking") zu simulieren und belastbare Aussagen über die Entwicklung von extremen Ereignissen über die Klimaentwicklung auf regionaler Skala oder auch über mögliche unerwartete Klimaänderungen (z. B. Veränderungen in den Eisschilden und deren Auswirkungen, signifikante Änderungen in der ozeanischen Zirkulation) zu treffen. Dies kann nur mit höher aufgelösten globalen Klimamodellen erreicht werden.

Mit der BMBF-Fördermaßnahme „HD(CP)2 Wolken und Niederschlag im Klimasystem" (2012 bis 2019) konnten durch die Modellierung von Wolken- und Niederschlagsprozessen auf ihren natürlichen Skalen signifikante Verbesserungen in der Software des deutschen Atmosphärenmodells ICON (Icosahedral Nonhydrostatic) erreicht werden.

Das Konzept zur innovativen Neuausrichtung von Klimaprojektionen sieht vor, dass auf der Basis der in der BMBF-Fördermaßnahme „HD(CP)2" erzielten Ergebnisse die Entwicklung eines globalen deutschen Klimamodells „WarmWorld" (auf der Basis der ICON-Modellkomponenten Atmosphäre, Ozean und Land) weiter vorangetrieben wird. Dabei sollen die Simulationen des Modells mit einer Auflösung von bis zu 1 km (horizontal) durchgeführt werden.

Bisher können globale Klimamodelle nur mit einer Auflösung von 50 bis 100 km Klimaprojektionen erstellen. Durch die deutlich höhere räumliche Auflösung können viele kleinskalige Prozesse (insbesondere bei Wolken, aber auch im Ozean) mit physikalischen Gesetzmäßigkeiten beschrieben oder aber mit besseren Ansätzen als bisher parametrisiert werden. Dies wird zu einer deutlichen Reduzierung der Unsicherheiten der Modellergebnisse führen.

Die Erreichung dieser Zielsetzung beinhaltet wesentliche technische Herausforderungen: Das Modell muss insbesondere effizient die neuen Möglichkeiten des Höchstleistungsrechnens („High Performance Computing", HPC, Exascale-Computing) nutzen. Denn nur auf diese Weise können Simulationsdaten generiert werden, die eine optimale Synthese mit Beobachtungsdaten ermöglichen und neue Potentiale der Informationsbereitstellung und -nutzung, auch außerhalb der Forschung, eröffnen.

Die unmittelbaren Ziele der Fördermaßnahme sind:

Bereitstellung eines Modellsystems, welches auf die neue Höchstleistungsrechner-Generation (Exascale-Klasse) ausgerichtet ist, dabei die neueste HPC-Software-Technologien sowie Künstliche Intelligenz (KI) nutzt und damit den Technologie-Standort Deutschland stärken wird.
Signifikante Reduzierung der Unsicherheiten in den globalen Klimaprojektionen insbesondere zur Klimavariable Niederschlag.
Regionale Klimaprojektionen: Belastbare Aussagen zu möglichen Entwicklungen (je nach Emissionspfad) auf regionaler Ebene/Skala.
Bereitstellung von neuen, hochaufgelösten, lokalen Informationsprodukten, die für die Impakt- und Anpassungsforschung von großer Wichtigkeit sind.
Zusammenführung der wissenschaftlichen Mess- und Modellierungskompetenzen in Deutschland, um die Chancen, die mit den vergleichbaren räumlichen Auflösungen der „WarmWorld" – Simulationsdaten mit denen globaler Messsysteme (z. B. von Satelliten) verbunden sind, optimal nutzen und neue Nutzungspotentiale (auch über die Klimamodellierung hinaus) erschließen zu können.

Die Fördermaßnahme „WarmWorld" trägt als Aktion 7 („Globale Klimamodellierung verbessern") innerhalb der neuen Strategie für die Forschung zur Nachhaltigen Entwicklung (FONA) zum Ziel 1: „Klimaziele erreichen" und dem Handlungsfeld 3 „Wissen für wirksame Klimapolitik" bei. Sie leistet zudem durch die Entwicklungen für ein hochauflösendes, globales Klimamodell einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung der künftigen „Zukunftsstrategie Forschung und Innovation".