Polare Terrestrische Umweltsysteme

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Polarregionen gehören zu den empfindlichsten und verletzlichsten Regionen der Erde. Insbesondere sind die langfristigen Wechselwirkungen zwischen Klima, Ökosystemen und Menschen in polaren kontinentalen Gebieten noch wenig verstanden. Die Forschungsgruppe “Polar Terrestrial Environmental Systems” untersucht daher die Klimadynamik, den Vegetationswechsel, die arktische Seedynamik und die Biodiversitätsänderung in den hohen Breiten. Da der Zeitraum, der durch direkte Beobachtungen abgedeckt wird, kurz ist, erfordert die Analyse langfristiger Veränderungen die Verwendung indirekter Proxy-Daten, die aus Umweltarchiven, wie Seesedimenten, extrahiert werden. Daher sind Proxy-Entwicklung und Proxy-Datensynthese auch ein zentrales Forschungsinteresse der Gruppe. So kann ein besseres Verständnis der polaren kontinentalen Gebiete und ihrer Wechselwirkungen mit dem globalen Erdsystem gewonnen werden.

Forschungsthemen

  • Biodiv: Die Arbeitsgruppe „Biodiversität der Hohen Breiten“ untersucht die Reaktion der polaren Biodiversität auf Klima- und Landschaftsveränderungen während des Spät-Pleistozäns bis zur Gegenwart.
  • PastClim: Die Arbeitsgruppe “Past Climate Change” untersucht glaziale, periglaziale und lakustrine Archive des polaren Paläoklimas und des paläoökologischen Wandels entlang zeitlicher und räumlicher Gradienten mit Schwerpunkt auf Hotspot-Regionen der aktuellen globalen Erwärmung in Sibirien, Nordamerika und der Westantarktis. 
  • LandCover: Die Arbeitsgruppe “Vegetationsänderung der hohen Breiten” untersucht die vergangene und heutige und prognostiziert die zukünftige Dynamik des borealen Waldes der hohen Breiten und der Tundra. Forschungsschwerpunkte sind die Biodiversität und der Landbedeckung auf der Klima-Zeit-Skala, die Feuerdynamiken des borealen Bereiches, die Nördliche Ausbreitung der Baumgrenze, sowie die Zurückdrängung der Tundra und der Sommergrünen Nadelwald-Habitate und Refugien
  • Earth System Diagnostics: Die Arbeitsgruppe Earth System Diagnostics entwickelt einen systematischen Ansatz, um die mögliche Bandbreite zukünftiger Klima- und Umweltzonen durch (Proxy-)Beobachtungen, Statistiken und Modelle einzuschränken.

Methoden

  • Biodiv: Analyse sedimentärer DNA als Proxy für vergangene Biodiversität 
  • PastClim: Labor- und Feldmethoden werden zur Anwendung und Entwicklung von paläoökologischen Proxies mit Schwerpunkt auf stabilen Isotopen in verschiedenen Materialien (z.B. Bodeneis, Gletschereis, Sediment, Organik, Kieselalgen, …) eingesetzt.  
  • LandCover: Dynamik und Biodiversität vergangener, heutiger und zukünftiger Vegetation der hohen Breiten mittels des individuellen und räumlich expliziten Vegetations-Simulationsmodells LAVESI, Fernerkundungsanalysen, Pollen-Anwendungen aus terrestrischen und aquatischen Archiven, und moderner und Paläogenetik.
  • Earth System Diagnostics: Proxy-System Modellierung, Labor und Feldmethoden zum Verständniss der Proxy-Systeme; Statistik und Analyse von Proxy, instrumentellen und Modelldaten.

Verantwortliche

Sektionsleitung: Prof. Dr. Ulrike Herzschuh, AWI Potsdam und Universität Potsdam

AG Biodiv: Dr. Kathleen Stoof-Leichsenring, AWI Potsdam

AG PastClim: Dr. Hanno Meyer, AWI Potsdam

AG LandCover: Dr. Stefan Kruse, Dr. Birgit Heim, AWI Potsdam

AG Earth System Diagnostics: Prof. Dr. Thomas Laepple, AWI Potsdam

Projekte mit unserer Beteiligung

“Changing Earth – Sustaining our Future” (POF4), Helmholtz Programm

  • Topic 5 Landscapes of the Future: Securing Terrestrial Ecosystems and Freshwater Resources under Natural Dynamics and Global Change
    Subtopic 3 Natural dynamics of the terrestrial Earth surface system: Determining functions and sensitivities of the Earth surface system.  
  • Topic 2: Ocean and cryosphere in climate
    Subtopic 2.2 Variability and Extremes
PastClim:

Palmod, CiASOM als Teil von MOSAiC, PLOT, IsoPerm, IsoArc, …

Earth System Diagnostics:

Space-time structure of climate change (SPACE)

European Research Council (ERC) Starting Grant

SPACE determines and uses the space-time structure of climate change from years to millennia to test climate models, fundamentally improve the understanding of climate variability and provide a stronger basis for the quantitative use of paleoclimate records.

DEEPICE

Horizon 2020 research and innovation programme

Fyntan Shaw’s PhD project “Estimating and accounting for diffusion in deep ice using advanced statistical methods” is funded by the DEEPICE training network.

PalMod

Federal Ministry of Education and Research (BMBF)

As part of the national project PalMod, ESD members work on quantifying of transient proxy uncertainty.

Beyond Epica Oldest Ice

Land Cover:

Projekt “Сlimate-induced treeline dynamics in the Ural Mountains: drivers, constraints, and the role of genetic adaptation”, DFG von Stefan Kruse

Projekt “Veränderungen der Pflanzendiversität auf dem südöstlichen Tibetischen Plateau während der letzten 21 ka und deren Treiber”, DFG von Stefan Kruse

Projekt “Glacial Legacy on the establishment of evergreen vs. summergreen boreal forests”, ERC von Ulrike Herzschuh 

Projekte im Rahmen von Helmholtz HEIBRIDS von Ulrike Herzschuh

Projekt “AI-vergreens – AI-supported classification of boreal forest biomes” – BMWi von Birgit Heim

Projekt “ESA CCI Permafrost” Phase-I (2018-2021), II (2022-2025), von Birgit Heim (PI Gamma Remote Sensing, CH)

Projekt “FAIR WISH”, Helmholtz Metadata Collaboration HMC von Birgit Heim (PI GFZ)