Das TORUS-Projekt wird wichtige Beiträge zu den Forschungszielen im Rahmen des MiKlip-Gesamtsystem liefern:

1. durch die Bereitstellung des globalen TORUS-Modellsystems, welches eine regionale Erhöhung der Auflösung in Schlüsselregionen erlaubt,
2. durch die Bereitstellung eines globalen Modells für dekadische Vorhersagen mit einer anderen Darstellung der Dynamik des Meereis-Ozean-Systems als im MiKlip-System. Dadurch wird eine Abschätzung der Unsicherheiten der dekadischen Vorhersagen aufgrund von Modellunzulänglichkeiten möglich.
3. durch ein verbessertes Verständnis von physikalischen Mechanismen, welche die dekadische Klimavariabilität und Vorhersagbarkeit insbesondere über der nordatlantisch-arktischen Region bestimmen.

Ziele

• Bereitstellung eines Modellsystems mit einer alternativen Formulierung der Ozeandynamik, das eine regional verfeinerte Simulation der arktischen Schlüsselregion erlaubt. Um die numerischen, physikalischen und technischen Probleme des Modell-Nestings oder von offenen Grenzen zu vermeiden, werden wir ein globales Modell, bestehend aus dem Finite-Elemente Ozean-Meereis-Modell FESOM mit unstrukturiertem Gitter und dem Atmosphärenmodell ECHAM implementieren.
• Abschätzung des Einflusses einer erhöhten räumlichen Auflösung. Im Rahmen von TORUS werden Sensitivitätsstudien durchgeführt, um den Einfluss einer regional erhöhten Auflösung über der nordatlantisch-arktischen Region auf das Modellklima und die simulierte dekadische Variabilität und Vorhersagbarkeit zu untersuchen.
• Untersuchung von Mechanismen dekadischer Variabilität. Im Rahmen von TORUS werden ausgewählte dynamische Prozesse in der arktischen Schlüsselregion studiert, die für die Ausbildung der großskaligen atmosphärischen und ozeanischen Variabilitätsmuster und somit für die dekadische Variabilität und Vorhersagbarkeit fundamental sind.
• Kopplung von Klimauntersystemen. Das vorgeschlagene Modell-Setup wird es erlauben, der Frage nachzugehen, ob eine regional höher aufgelöste Modellierung insbesondere des Meereises das Potential hat, die Simulation des mittleren Klimas und der dekadischen Variabilität insbesondere über der Arktis zu verbessern.
• Bereitstellung von neuen arktischen ozeanographischen Beobachtungsdaten für die Modellvalidierung und -initialisierung. Um die regionalen Einflüsse von küstennahen Polynien und die Dynamik des arktischen haloklinen Wassers und des atlantischen Zwischenwassers  zu untersuchen, werden insbesondere neuen ozeanographische Daten in der nördlichen Karasee, der Laptevsee und im Gebiet des Lomonosov Rückens mit den sibirischen Schelfen erfasst und gewonnen.

TORUS - Ergebnisse aus DS1

Im Focus des Projektes TORUS steht die Verbesserung der Modellierung des arktischen Klimasystems innerhalb eines global gekoppelten Modellsystems. Um diese Ziel zu erreichen, wurde ein neues gekoppeltes Atmosphäre-Ozean-Meereis-Modell entwickelt. Die verwendete Ozean-Meereis-Modellkomponente FESOM benutzt unstrukturierte Gitter und bietet somit die Möglichkeit, die räumliche Auflösung in bestimmten Regionen entsprechend der wissenschaftlichen Fragestellung besonders hoch zu wählen. Die Arbeiten zur Modellentwicklung konzentrierten sich zunächst auf die technische Entwicklung des gekoppelten Modellsystems ECHAM5-FESOM. Nach dessen erfolgreicher Implementierung und dem offiziellen Release des Atmosphärenmodells ECHAM6 wurde die technische Entwicklung des neuen gekoppelten Modellsystems ECHAM6-FESOM begonnen und Ende 2012 innerhalb von DS1 erfolgreich abgeschlossen.

Nach dem Fine-Tuning des Modells ECHAM6-FESOM wurde eine lange Kontrollsimulation gestartet, die Auswertung der ersten 300 Jahre dieses Kontrolllaufes sind im Detail in Sidorenko et al. (2013) beschrieben. Es zeigt sich, dass die Güte der Modellergebnisse von ECHAM6-FESOM, gemessen am beobachteten Klima, vergleichbar ist mit der der besten CMIP5 Modelle. Vorhandene Modelldefizite, wie z.B. eine zu schwache meridionale Umwälzzirkulation im Ozean, Abweichungen in der Lage und Stärke des Nordatlantikstrom und das zeitweise Auftreten einer Eisbedeckung in der Labradorsee, sind typisch für Modelle dieser Komplexität. Für eine Verbesserung dieser Modelldefizite sollen zukünftig Gitterkonfigurationen mit einer weiter verfeinerten regionalen Auflösung, z.B. im Nordatlantik, getestet werden.

Darüberhinaus wurden seit Beginn der MiKlip-Phase DS2 vorbereitende Arbeiten für die geplanten Vorhersagbarkeitsstudien durchgeführt. Dies umfasste Sensitivitätsstudien und Ensemblesimulationen zum Einfluss einer stochastischen Meereisparameterisierung . durchgeführt werden. Die Sensitivitätsstudien belegen eine Beschleunigung der arktischen und antarktischen Meereisdrift im gekoppelten stochastischen System im Vergleich zu einer deterministischen multidekadischen Referenzsimulation und eine Zunahme des mehrjährigen Eises vor dem kanadisch-arktischen Archipel. Im Rahmen der Kooperation mit dem MiKlip-Projekt SPARCS wurden Sensitivitätsstudien zum Einfluss der Parameterisierung der Oberflächenflüsse über dem Meereis bei Berücksichtigung eines Formwiderstandes durchgeführt. Die vorläufigen Ergebnisse dieser Sensitivitätsstudien zeigen für die Arktis keine allgemeine Verbesserung der simulierten Eiskonzentration bei Berücksichtigung des Formwiderstandes, jedoch treten regional Änderungen auf. In der Antarktis zeigen sich hingegen im Winter und Frühling Verbesserungen in den simulierten Eiskonzentrationen.