Eine große Anzahl von Rückkopplungen, u. a. nichtlineare
Wechselwirkungen zwischen vielen Einzelkomponenten eines
Systems auf verschiedenen Skalen, ist verantwortlich für die
hochkomplexe und diverse Dynamik des Erdklimas. Durch
Kombination und Anwendung verschiedener neuer Verfahren aus
statistischer Mechanik und der Theorie dynamischer Systeme, wie
komplexe Netzwerke und empirische Modellierung, werden unsere
Möglichkeiten, das Verhalten solcher natürlichen Systeme zu
analysiere, modellieren und vorherzusagen, deutlich verbessert.
Diese Verfahren werden auf wichtige Fragestellungen aus den
Klimawissenschaften angewendet und überbrücken so eine Lücke
zwischen Physik und Geowissenschaften die sich somit gegenseitig
bereichern. Die Basis unserer Forschung ist eine neuartige Methode
der principal empirical mode Suche, welche die Evolution des
beobachteten Systems geeignet beschreibt. Ein principal manifold
Zugang wird für die Konstruktion komplexer Klimanetzwerke sowie für
die Untersuchung von Teleconnections im Klimasystem
herangezogen. Desweiteren liefert es eine Phasenraumrekonstruktion
für die nachfolgende multidimensionale Wiederkehranalyse.
Wiederkehr- und komplexe Netzwerkanalyse werden ebenfalls
weiterentwickelt, vor allem um multivariate Wechselwirkungen auf
verschiedenen Zeitskalen aufzuspüren. Dazu sollen Ideen wie multilayer
Netzwerke, Netzwerke von Netzwerken,
Wiederkehrwahrscheinlichkeiten und Wavelettransformationen
genutzt werden. Entsprechend diesem neuartigen Zugang, werden
optimale Prädiktoren (Variablen) für die stochastische Modellierung
mittels komplexer Netzwerke und empirical mode Analyse bestimmt.
Dieses zu entwickelnde Framework wird an prototypischen Systemen
getestet und schließlich (1) zur Untersuchung raumzeitlicher Muster
und kritischer Übergänge im Paläoklima der letzten 10000 bis 20000
Jahre (Fokus auf Dynamik asiatischer Monsun, Paläoklimadaten mit
Lücken) sowie (2) zur saisonalen und interannuellen Vorhersage von
Klimaphänomenen mittlerer geographischer Breite, vor allem
hinsichtlich dem verstärkten Auftreten von extremen
Wetterereignissen (Hitzewellen, Starkregen) verwendet. Der Erfolg
dieses Projektes basiert auf der Zusammenarbeit der russischen und
deutschen Forschergruppen durch ihre verschiedenen Expertisen in
den numerischen Verfahren und wissenschaftlichen Disziplinen.
