SOPHY – Verbesserung von Modellparametrisierungen des Phytoplanktons im Südozean mithilfe von Labordaten

• Antragstellerin: Dr. Miriam Seifert
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541440679

Marine Primärproduktion ist ein wichtiger Baustein des globalen Kohlenstoffkreislaufs, da sie die Aufnahme von atmosphärischem CO2 durch den Ozean erleichtert. Projektionen der heutigen und zukünftigen marinen Primärproduktion sind allerdings signifikant unterschiedlich zwischen verschiedenen Modellen. Besonders im Sommer des Südozeans ist die Beschreibung biologischer Prozesse maßgeblich verantwortlich für Unsicherheiten in der Modellabschätzung des heutigen CO2-Austauschs zwischen Meer und Atmosphäre. Durch eine verbesserte Prozessbeschreibung basierend auf Labor- und Beobachtungsdaten können diese Modellunsicherheiten reduziert werden. SOPHY hat das Ziel, Parametrisierung in einem globalen biogeochemischen Ozeanmodell zu verbessern, zu entwickeln und zu testen, um eine bessere Projektion der Primärproduktion im Südozean zu erreichen. Im ersten Teil des Projekts werden Modellfunktionen entwickelt, welche interaktive Effekte zwischen wachstumsbestimmenden Faktoren für Phytoplankton beschreiben. Diese Funktionen werden dann in einem Erdsystemmodell angewendet. Für die Entwicklung der neuen Modellfunktionen werden Daten von neuen, wegweisenden Laborexperimenten verwendet, welche im Rahmen von kooperierenden Projekten durchgeführt werden und explizit die Verwendung der Ergebnisse zur Entwicklung von Modellfunktionen berücksichtigen. Zusätzlich werden Daten aus einer Kollektion von älteren und frisch publizierten Laborstudien verwendet. Mit Modellberechnungen unter Verwendung eines realistischen Klimaszenarios, welche das Klima von heute bis zum Ende des Jahrhunderts simulieren, wird untersucht, wie sich interaktive Effekte von Umwelttreibern auf die biologische Pumpe im Südozean auswirken. Der Schwerpunkt des zweiten Teils von SOPHY liegt auf einer der Hauptquellen der Unsicherheit in biogeochemischen Modellen: der Parametrisierung von Fraßdruck. Basierend auf den Daten von Kooperationspartner:innen werden die Zooplanktongruppe der Salpen und entsprechende Charakteristiken der Kotballen in ein Ozeanmodell implementiert. Diese Modellentwicklung erlaubt den Vergleich zwischen Krill- und Salpen-dominierten Systemen im Südozean und die damit zusammenhängenden Unterschiede im Sinken der Kotballen, in der Remineralisierung und den Effekten von variabler Bioverfügbarkeit des Eisens, welches aus Kotballen freigesetzt wird. Abschließend wird eine Zusammenstellung von Fraßfunktionen erarbeitet, welche in derzeitigen biogeochemischen Ozeanmodellen verwendet werden. Diese werden systematisch im hier verwendeten Modell getestet und jene Funktionen identifiziert, welche am besten die Beobachtungsdaten von Chlorophyll a im Südozean beschreiben. Zusammenfassend wird SOPHY zur Verbesserung von Zukunftsprojektionen der Primärproduktion im Südozean durch Ozeanmodelle beitragen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sinead Collins; Dr. Mridul K. Thomas