Helmholtz-Programm „Atmosphäre und Klima“
Das KIT trägt maßgeblich zum Programm „Atmosphäre und Klima“ der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich "Erde und Umwelt" bei und kooperiert dabei eng mit dem Forschungszentrum Jülich und dem Geoforschungszentrum Potsdam. Es leistet wichtige Beiträge zu den Helmholtz-Initiativen „Regionale Klimaänderungen“ (REKLIM), „Earth Observation System“ (EOS) und den Portfoliothemen „Wasser“ und „Klimawandel“.
Institut für Meteorologie und Klimaforschung
Im Fokus der Arbeiten des Institutes für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) stehen die Untersuchungen des Verhaltens der Stratosphäre, der Troposphäre und der Biosphäre sowie ihrer komplexen Wechselwirkungen im Globalen Wandel. Schwerpunkte sind die Erfassung wichtiger Prozesse des atmosphärischen Wasserkreislaufs sowie der biogeochemischen Kreisläufe wichtiger umweltrelevanter Spurengase und der Aerosole. Umfangreiche Messvorhaben im Freiland und in Versuchskammern unter Nutzung der Daten in gekoppelten Modellsystemen werden dazu verwendet, die aus den Umweltveränderungen resultierenden ökologischen und sozio-ökonomischen Folgen zu quantifizieren und Handlungswissen für den Schutz vor den Auswirkungen zu gewinnen. Die Forschungsarbeiten sind durch zusätzliche langfristig angelegte Stationsmessungen, Flugzeug- und Satellitenmessungen sowie Geräteentwicklungen eng miteinander verknüpft.
Das Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) besteht aus vier Institutsbereichen. Davon werden zwei bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten gemeinsam mit der Universität Karlsruhe betrieben. Im Mittelpunkt stehen atmosphärische Prozesse in der Troposphäre (IMK-TRO) und atmosphärische Spurengase und Fernerkundung (IMK-ASF). Ein dritter Institutsbereich, die atmosphärische Aerosolforschung (IMK-AAF) wird gemeinsam mit dem Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg betrieben. Die Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) in Garmisch-Partenkirchen bildet den vierten Institutsbereich des IMK.
KIT-Zentrum „Klima und Umwelt“
Die Lebensbedingungen auf der Erde verändern sich derzeit so einschneidend wie nie zuvor: Klima- und Umweltwandel, demographische, technische und ökonomische Entwicklungen wirken sich auf Verfügbarkeit und Güte von Luft, Wasser und Nahrung aus. Das KIT-Zentrum Klima und Umwelt entwickelt Strategien und Technologien, um die natürlichen Lebensgrundlagen zu sichern. Dabei geht es nicht nur um die Beseitigung der Ursachen von Umweltproblemen, sondern zunehmend um die Anpassung an veränderte Verhältnisse.
Klimawandel
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch vom Menschen verursachte Emissionen erheblich geändert. Um zu verstehen, wie diese sich auf das künftige Klima auswirken, müssen sie langfristig global erfasst werden. Wissenschaftler am KIT entwickeln und betreiben dazu neuartige Instrumente und Messmethoden: Satelliteninstrumente, Messgeräte auf Flugzeugen sowie Sondierungsgeräte an Bodenstationen von Nordschweden bis Südafrika sowie in den Tropen. Die KIT-Forscher verfeinern globale Klimaszenarien mithilfe von hochauflösenden regionalen Klimamodellen auf kleinere Skalen. Vor allem untersuchen sie, wie sich der Klimawandel auf Hochwasser oder Trockenheit, die Entwicklung von Vegetation und Böden sowie die Luftqualität in klimasensitiven Regionen (wie Alpen, Naher Osten, Sahel) auswirkt. Dazu koppeln sie Klimamodelle mit hydrologischen, biologischen und chemischen Modellen. Was die ökonomischen Folgen des Klimawandels betrifft, spielt die Quantifizierung externer Kosten eine zentrale Rolle. Die Forscher am KIT arbeiten an Methoden und Modellen, die dazu dienen, Schadens- und Vermeidungskosten zu bestimmen und Maßnahmen optimal zuzuweisen. Bei der Entwicklung von Anpassungsstrategien geht es auch um den Umgang mit geänderten Georisiken, beispielsweise beim Hochwasserschutz.
Atmosphärische Prozesse
Mit Instrumenten an Bord von Satelliten, mit Flugzeugen und mit Methoden der Fernerkundung beobachten und analysieren die KIT-Forscher die reale Atmosphäre. Im Topic „Atmosphärische Prozesse“ stellen die KIT-Forscherinnen und -Forscher in Laboruntersuchungen atmosphärische Prozesse unter kontrollierten Bedingungen nach. Sie ermöglichen es, diese mit modernsten experimentellen Methoden wie der Laserspektroskopie detailliert aufzuklären. Computersimulationen bilden das Gesamtsystem Atmosphäre ab und erlauben es, seine Entwicklung vorherzusagen. In sie fließen die in den experimentellen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse ein.
Wasserressourcen und Wassermanagement
Forscherinnen und Forscher des KIT befassen sich mit grundlegenden Prozessen von Wasser- und Stoffkreisläufen, die bei der Erneuerung von Wasserressourcen und bei Extremereignissen maßgeblich beteiligt sind. Dabei entwickeln sie sowohl hochempfindliche Techniken für die Spurenstoffanalytik als auch angepasste Modelle für die Bilanzierung des Wasserkreislaufs, des Stofftransports und der Stofftransformation. Zudem betrachten sie Extremereignisse in ihrer Auswirkung auf die Quantität (wie Hochwasser, Wassermangel) und die Qualität (wie Nährstoffe, organische Spurenstoffe).
Prozesse im Untergrund
Die Karlsruher Wissenschaftler untersuchen, wie sich das Treibhausgas CO2 in tiefen Gesteinsschichten sicher speichern lässt, und befassen sich mit Aspekten der Endlagerung radioaktiver und chemischtoxischer Reststoffe. Ebenso widmen sie sich der effizienten Nutzung unterirdischer Wärmequellen als Energielieferanten.
Technikbedingte Stoffströme
Im Zentrum stehen neue Verfahren und Anwendungen, um Rohstoffe zu erschließen und zu nutzen. Es gilt, knappe Rohstoffe sparsam einzusetzen und dadurch ihre Reichweite zu erhöhen. Neue Verfahren steigern die Effizienz von Prozessen des Energie- und Stoffeinsatzes in Industrie, Land- und Forstwirtschaft. Dazu gehört auch, Schadstoffemissionen und andere negative Einflüsse zu vermeiden oder zu vermindern.
Urbane Systeme
Forscherinnen und Forscher des KIT untersuchen die Auswirkungen von Klimawandel, Naturkatastrophen und Umweltbelastungen auf urbane Systeme. Auf der Grundlage der Ergebnisse erarbeiten sie Lösungen zu ihrer Entwicklung und zu ihrem Schutz. Wichtige Themenfelder sind „Ökosysteme“, „Atmosphäre und Stadtklima“, „Management“, „Infrastruktur“, „Soziale Verwundbarkeit“ und „Stadtentwicklungsszenarien“.
Risiken und Risikomanagement
Die Forscherinnen und Forscher am KIT befassen sich mit geologischen Risiken (Hangrutschungen, Erdbeben), atmosphärischen Risiken (Sturm, Starkregen und heftige Gewitter mit Hagel, Blitzen und Böen), hydrologischen Risiken (extreme Niederschlags- und Abflussereignisse sowie Dürren) und hydraulischen Risiken (extreme Fließgeschwindigkeiten und Feststofftransport in Fließgewässern und an Bauwerken). Synergieeffekte bei der Entwicklung von Methoden der Schadensminderung, des Katastrophenmanagements und der Sicherheitsforschung werden erreicht, wenn Naturrisiken und technologisch induzierte Risiken parallel betrachtet werden. Besondere Bedeutung kommt der Analyse der Verwundbarkeit von kritischen Infrastrukturen wie den Strom- und Energieversorgungsnetzen, der Wasserversorgung, den Verkehrs- und Transportwegen sowie den festen und mobilen Kommunikationsnetzen zu.
