Projects

Aurea Chiaia-Hernández (Lake Sediments and Paleolimnology group), Hendrik Vogel (Sedimentary Geochemistry) und Frerk Pöppelmeier (Global Biogeochemical Modelling) are planning a joint PhD project. The goal is to reconstruct the paleoclimate and paleoenvironmental conditions in the equatorial western Pacific using sediments from Lake Poso in Indonesia. 

Indonesia is located in the center of the most intense deep atmospheric convection on Earth, due to its equatorial setting and high sea-surface temperatures of the Indo-Pacific Warm Pool (IPWP). The IPWP with average sea surface temperatures (SST) >28.5°C is a major source of heat and water vapor to the atmosphere, which fuels important atmospheric circulation systems such as the Austral-Asian monsoon, the Pacific Walker Circulation (PWC), and El Niño-Southern Oscillation (ENSO). These systems have a profound impact on global climate dynamics. This project aims to provide quantitative records of past changes in temperature and precipitation, along with accounts of terrestrial and aquatic environmental responses associated with climate variability based on novel organic biomarkers preserved in lake sediment records of Lake Poso in Indonesia.

The three researchers will jointly lead the PhD project and contribute expertise from their respective fields of research. The Bretscher Fund will provide financial support of 250,000 Swiss francs over four years. The PhD position will soon be advertised as the Dr. Alfred Bretscher Fellowship.

Project duration: 2026–2030 

Sonia Dupuis (Gruppe Klimatologie) untersucht in ihrer Dissertation den Einfluss von der Landoberflächentemperatur (LST) auf Permafrost unter Verwendung eines neuartigen Datensatzes, der auf 40-jährigen AVHRR-Daten (Advanced Very High Resolution Radiometer) der NOAA- und MetOp-Satelliten basiert.
Hintergrund: nördlichen hohen Breiten haben in den letzten Jahrzehnten eine ausgeprägte Erwärmung erfahren, mit bemerkenswerten Temperaturspitzen vor allem im Winter und Frühjahr. Die Erwärmung wirkt sich auf das sensible Ökosystem, die Vegetationsdynamik und die Kryosphäre (Meereis, Schnee und Permafrost) aus. Darüber hinaus beeinflusst sie grossräumige Zirkulationsmuster. Auf globaler Ebene sind Beobachtungen der LST nur von sehr wenigen In-situ-Stationen oder Klimamodellen mit grober räumlicher Auflösung verfügbar. Beide Datenquellen reichen nicht aus, um kleinräumige Effekte in Ökosystemen oder die Dynamik von Permafrostschichten zu modellieren. Im Gegensatz dazu können LST-Informationen aus verschiedenen Satellitendaten (z. B. Landsat 8 oder MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)) abgerufen werden.
Folgende Kernfragen stehen im Zentrum von Sonia Dupuis Projekt:

• Wie gross ist die Variabilität und der Trend der 40-jährigen LST-Zeitreihe in Abhängigkeit von Landbedeckungsänderungen, Breitengrad und Schneedeckendauer?
• Wie wird das nicht-analoge Verhalten von LST und Lufttemperatur (in-situ; modelliert) durch zeitliche und regionale Unterschiede beeinflusst?
• Wie beeinflusst LST bio-physikalische Prozesse (z.B. Vegetationsdynamik; Auftauen von Permafrost (Westermann et al. 2017)) in den nördlichen hohen Breiten?
• Kann die Leistung von Permafrostmodellen mit dem vorgeschlagenen LST-Datensatz verbessert werden? Wird er es ermöglichen, zeitliche Veränderungen der Bodentemperatur und der Dicke der aktiven Schicht während der letzten vier Jahrzehnte mit höherer Zuverlässigkeit als bisher zu ermitteln

Projektdauer: 2022 - 2024

Sidharth Sivaraj (Gruppe Klimawandel und Gesundheit) befasst sich in seiner Dissertation mit der Frage, weshalb epidemiologische Studien die aktuellen Erkenntnisse über die Rolle der Feuchtigkeit bei Hitzestress nicht stützen?
Aus der epidemiologischen Literatur gibt es kaum Hinweise darauf, dass die Luftfeuchtigkeit zu gesundheitlichen Auswirkungen von hohen Temperaturen beiträgt.
Als Gründe für diese Diskrepanzen werden folgende Hypothesen aufgestellt:

• Die Luftfeuchtigkeit ist ein wichtiger, aber kein wesentlicher Faktor für Hitzestress
• Die Wirkung der Luftfeuchtigkeit ist nicht universell
• Die derzeitigen epidemiologischen Modelle, die hauptsächlich auf Zeitreihenanalysen beruhen, sind möglicherweise nicht geeignet, um die Rolle der Luftfeuchtigkeit bei Hitzestress zu bewerten

Sidharth Sivaraj befasst sich in seinem Projekt mit der Komplexität der Bewertung des Dreiecks Temperatur-Feuchtigkeit-Gesundheit. Seine Arbeit bewegt sich an der Schnittstelle unterschiedlicher Forschungsgebieten - u. a. öffentliche Gesundheit, Epidemiologie und Klimawissenschaft. Zudem soll es in diesem Projekt zu Zusammenarbeit in neuen Forschungsbereichen wie Stadtklima kommen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitragen, das Wissen über das Thema zusammengesetzte Ereignisse (compound events) und Gesundheit zu erweitern. Dieses Wissen ist bisher nur sehr begrenzt vorhanden.

Projektdauer: 2022 - 2025

Ziel des Projekts von Malve Heinz (Gruppe Klima und Landwirtschaft) ist es, den potenziellen Nutzen von Massnahmen zur Steigerung der Wassernutzungseffizienz in der Landwirtschaft (z. B. tiefer wurzelnde Pflanzen und Sorten, Mulchen, organische Bodenverbesserungen) zu quantifizieren. Durch solche Massnahmen liessen sich sowohl dürrebedingte Ertragsverluste als auch hydrologische Extremereignisse (Niedrigwasser und Abflussspitzen) abschwächen.
Hintergrund des Projekts ist die Erwartung, dass der Abfluss der Gewässer in der Schweiz im Sommer und Herbst in den tieferen Lagen abnimmt und die Wasserverfügbarkeit für die landwirtschaftliche Produktion eine immer wichtigere Rolle spielen wird. Um trockenheitsbedingte Ertragseinbussen zu vermeiden, könnten die Landwirte die Intensität der Bewässerung erhöhen und die bewässerten Flächen ausweiten.
Die Veränderungen des Klimas und die Reaktionen auf den fortschreitenden Klimawandel können das Risiko zunehmender Wassernutzungskonflikte mit sich bringen. Lösungen zur Stabilisierung der landwirtschaftlichen Produktion angesichts der zunehmenden Häufigkeit von Dürren bei gleichzeitiger Minimierung der Abhängigkeit von zusätzlicher Bewässerung werden entscheidend sein, um solche Risiken zu verringern.
Spezifische Fragen, die im Rahmen des Dissertationsprojekts behandelt werden, sind:

• Welche wassersparenden Bewirtschaftungsmassnahmen oder welche Kombinationen von Massnahmen haben das grösste Potenzial, den Bewässerungsbedarf im Broye-Einzugsgebiet in einem sich ändernden Klima zu verringern?
• Wie robust sind die geschätzten Vorteile von wassersparenden Bewirtschaftungsmassnahmen gegenüber den erwarteten Unsicherheiten der Klimaprojektionen?
• Wie würde die Hydrologie des Einzugsgebiets (d.h. Spitzenabflüsse und Niedrigabflüsse) durch die grossflächige Umsetzung von wassersparenden Bewirtschaftungsmassnahmen in einem sich ändernden Klima beeinflusst?

Projektdauer August 2022 - 2025

Natacha Legrix (Gruppe Ozeanmodellierung) beschäftigt sich in ihrer Dissertation mit Extremereignissen im Ozean. Zum Beispiel marinen Hitzewellen. Sie werden mit der Klimaerwärmung zunehmen und können Meereslebewesen und ganze Ökosystem an die Grenzen ihrer Widerstandsfähigkeit bringen. Von besonderer Bedeutung sind kombinierte Wetter- und Klimaextremereignisse, sogenannte Compound Events, die gleichzeitig oder kurz aufeinanderfolgend auftreten. Im Ozean kann eine marine Hitzewelle in Kombination mit einer sehr niedrigen Phytoplankton Primärproduktion stark negative Auswirkungen haben, denn viele marine Ökosysteme reagieren empfindlich auf Hitzestress, und Phytoplankton ist eine der wichtigsten Nahrungsgrundlagen für viele grössere Meeresbewohner. In ihrer Dissertation kombiniert Natacha Legrix Satellitenbeobachtungen mit Ensemble Simulationen von gekoppelten Erdsystemmodellen, um ein besseres Verständnis von marinen Hitzewellen in Kombination mit niedrigen Phytoplankton-Primärproduktion zu bekommen. Sie untersucht dabei die Häufigkeit, Intensität und Dauer dieser Compound Events im globalen Ozean und bestimmt anhand von Modellsimulationen die physikalischen und biogeochemischen Treiber solcher Events. Die Forschungsgruppe, zu der Natacha Legrix gehört, versucht, die zukünftige Entwicklung dieser Ereignisse im Zusammenhang mit dem Klimawandel besser zu verstehen. Natacha Legrix hat eine wissenschaftliche Publikation mit ersten Resultaten veröffentlicht, die aus ihrem Dissertationsprojekt hervorgegangen sind.

Projektdauer:  2019 - 2022

Prisca Lehmann (Gruppe Paleoklimatische und biogeochemische Untersuchungen an Eisbohrkernen) entwickelt in ihrer Dissertation ein völlig neues Analyseverfahren, mit dessen Hilfe ein neuer Proxy der biologischen Aktivität im Südozean etabliert werden soll. Dies soll zum einem detaillierten Verständnis der biogeochemischen Kreisläufe im Südozean beitragen. Neben der direkten Rekonstruktion des atmosphärischen Staub- und CO2-Gehalts  bekommen  in diesem Zusammenhang neue Parameter, die die marine biologische Aktivität im Südozean direkter widerspiegeln, besonderes Gewicht. Erste Ansätze wurden in den vergangenen Jahren für marine Sedimentkerne entwickelt, ein analoger Parameter für Eisbohrkerne existiert aber bis heute nicht. Nach  der  Etablierung  dieses Verfahrens, bei dem hochpräzise Messungen der Stickstoffisotope in Ammonium (ä15NH4) nötig sind, soll es dann primär an antarktischen Eisbohrkernen angewendet werden, um Zeitreihen des Stickstoffumsatzes im Südozean zu gewinnen. Weitere Anwendungsfelder ergeben sich an grönländischen Eisbohrkernen (Trennung terrestrischen und marinen Stickstoffs), alpinen Eisbohrkernen (Historie der Luftverschmutzung/Düngung in der Landwirtschaft) und in den Umweltwissenschaften  allgemein.

Projektdauer:  2016 – 2019

Die Dissertation von Elke Keller erarbeitet  an  einem  Fallbeispiel  in einem interdisziplin¨aren Ansatz die notwendigen hydrologischen, ¨okonomischen, politischen und rechtlichen Grundlagen zur Realisierung von Mehrzweckspeichern. Auf der Basis dieser breiten Auslegeordnung, welche sowohl Systemwissen (Wie funktioniert das System? ), Zielwis- sen (Welches sind die Visionen der betroffenen Bev¨olkerung und Akteure? ) wie auch Transformationswissen (Welche Optionen bestehen, um Mehrzweckspeicher zu realisieren? ) beinhaltet, werden dann Schlu¨sselfaktoren ermittelt, die einer Realisierung eines Mehrzweckspeichers f¨orderlich bzw. hinderlich sind. Daraus sollen Handlungsoptionen zur Realisierung solcher Speicher erarbeitet werden. Dieses Projekt wird somit einen wichtigen ersten Beitrag zu einer Fragestellung liefern, welche angesichts des Klimawandels eine hohe Relevanz für die schweizerische Wasserwirtschaft besitzt.

Projektdauer:  2016 – 2019

Die Dissertation von Christophe Espic am Labor zur Analyse von Radiokohlenstoff mit AMS (LARA) befasst sich mit der Entwicklung von Extraktionsverfahren von Methan für die 14C-Messung. Methan trägt als zweitwichtigstes Treibhausgas substantiell zur globalen Klimaerwärmung bei. Die Quellen von atmosphärischem Methan innerhalb des Kohlenstoffkreislaufs sind vielfältig und teilweise schlecht quantifiziert. Insbesondere ist das „Alter“ der Methanemissionen von Interesse, da diese rezent bzw. fossil sein oder aus einem Kompartiment mit einer hohen Verweilzeit stammen können. Das Projekt hat zum Ziel, in der Schweiz Methan aus Süsswasser und Feuchtgebieten sowie in der Atmosphäre anhand seines 14C-Gehaltes zu klassifizieren und somit Methanquellen besser zu verstehen. Zunächst werden Extraktionsverfahren von Methan aus einzelnen Kompartimenten für die 14C-Messung entwickelt. Anschliessend werden Luftproben untersucht und mit Methanemissionen aus der Umgebung verglichen werden. Zudem ist geplant, die gewonnenen Ergebnisse zur Verifizierung von Modellierungen heranzuziehen.

Projektdauer:  2015 – 2018

Das Dissertationsprojekt von Martina Messmer (Gruppe für Erdsystemmodelierung: Atmosphären- und Ozeandynamik des Oeschger-Zentrums) untersucht sogenannte Vb-Wetterlagen und deren Einfluss auf die Niederschläge im Alpenraum. Im Zentrum stehen folgende Fragen: Wie hängen die Vb-Lagen mit der grossskaligen Zirkulation in den letzten 140 Jahren zusammen? Welche Einflussgrössen und Prozesse sind für die Entwicklung, die Zugbahn und die Stärke von Vb-Lagen von Bedeutung? Wie gross ist der Einfluss von Vb-Lagen auf den Niederschlag im zentraleuropäischen und im Alpenraum? Welche Rolle spielt insbesondere die Meeresoberflächentemperatur des Mittelmeers? Und wie verändern sich die Häufigkeit, Lage, Stärke und Auswirkungen der Vb-Lagen in der Zukunft?

Martina Messemer wurde am Swiss Global Change Day 2015 für ihre Präsentation Climatology of VB-Cyclones, Physical Mechanisms and their Impact on Extreme Precipitation over Central Europe (Messmer_Poster_SGCD_2015.pdf (PDF, 1.8 MB)) mit dem Poster Award ausgezeichnet.

Projektdauer: 2013 – 2016

Die Dissertation von Peter Stucki (Gruppe für Klimatologie) befasst sich mit dem "Downscaling" von Schweizer Stürmen in den letzten 140 Jahren.Ziel ist es, bestehende historische Windinformationen mit Hilfe von neuen sogeanannten "Re-analyse Datensätzen" und hochaufgelösten Modellsimulationen räumlich signifikant zu erweitern. Der neue 20th Century Reanalyse Datensatz liefert dreidimensionale Informationen über den Zustand der Atmosphäre von 1870 bis 2008 mit einer zeitlichen Auflösung von 6 Stunden. Allerdings sind die Daten im Raum relativ grob aufgelöst. Deshalb gehen wichtige Informationen zur lokalen Topographie verloren. Mit Hilfe eines "dynamischen Downscalings" kann die lokale Information mit einbezogen werden, und es wird möglich, raum-zeitlich hochaufgelöste Daten zu erstellen. Mit dieser Methode sollen rund 30 starke Schweizer Stürme des 19. und 20. Jahrhunderts rekonstruiert und über eine Webplattform für Impactmodellierungen (z.B. Holzwurf in Wäldern) zur Verfügung gestellt werden.

Projektdauer: 2012 – 2015

Die Dissertation von Christoph Schwörer (Gruppe für Terrestrische Paläoökologie) geht der Frage nach, wie die Waldgrenze in den Alpen auf die Klimaveränderung reagiert. Dabei werden paläökologische Methoden wie die Analyse von Pollen und Makrofossilien mit der dynamischen Landschaftsmodellierung verknüpft. So sollen sowohl der Einfluss von Klimaänderungen in der Vergangenheit wie jener des Menschen auf die Vegetation an der Waldgrenze beurteilt werden. Im Mittelpunkt der Studie stehen Untersuchungen von Sedimentkernen aus drei unterschiedlich hoch gelegenen Seen im Berner Oberland und im Wallis, sie sollen Aufschluss über die regionale Dynamik der Waldgrenze liefern.

Projektdauer: 2010 – 2013