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Ocean extremes in a warmer world: Discovering risks for marine ecosystems (OceanX) - Phase 2

Applicant Frölicher Thomas
Number 198897
Funding scheme SNSF Professorships
Research institution Klima und Umweltphysik Physikalisches Institut Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Oceanography
Start/End 01.08.2021 - 31.07.2023
Approved amount 805'621.00
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Keywords (7)

Compound events; Global warming; Ocean biogeochemistry; Marine heatwaves; Extreme events; Climate modelling; Ocean ecosystem stressors

Lay Summary (German)

Lead
Thomas Frölicher
Lay summary

Extremereignisse im Ozean, wie zum Beispiel marine Hitzewellen, traten in den letzten Jahrzehnten in allen Regionen unserer Weltmeere auf und das mit verheerenden Auswirkungen auf ganze Ökosysteme. Da die Erwärmung des Ozeans sowie die Versauerung, Sauerstoffverlust und verminderte Nährstoffverfügbarkeit voraussichtlich noch Jahrzehnte andauern werden, sind mit solchen Extremereignissen mit grosser Wahrscheinlichkeit in Zukunft noch häufiger zu rechnen. Besonders besorgniserregend sind kombinierte Extremereignisse (sogenannte ‚Compound Events‘), d. h. wenn die Bedingungen für mehrere Stressoren extrem sind. Kombinierte Extremereignisse können zu besonders schweren Schäden an marinen Ökosystemen führen. Derzeit wissen wir jedoch nicht, wie sich diese seltenen und multivariaten Extremereignisse zeitlich und räumlich entwickeln werden. Diese Wissenslücke ist von grosser Bedeutung, da der Ozean ein wichtiger Modulator des Erdklimas ist, uns mit Nahrung versorgt, und unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden unterstützt.

In diesem Projekt werden wir diese Wissenslücke schliessen, indem wir (i) die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften multivariater Extremereignisse im Ozean bestimmen, (ii) die physikalischen und biogeochemischen Prozesse identifizieren, die diese kombinierten Ereignisse antreiben, und (iii) vergangene und zukünftige Änderungen quantifizieren. Dabei werden wir hochauflösende Satellitendaten und Ozeanmessungen mit neu entwickelten physikalisch-biogeochemischen Simulationen von Erdsystemmodellen kombinieren.

Unsere Arbeit wird neue und wichtige Informationen über kombinierte Extremereignisse im Ozean generieren. Die Ergebnisse werden unser Verständnis erweitern wie der Ozean auf die globale Erwärmung reagieren wird. 

 

Direct link to Lay Summary Last update: 09.08.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
170687 Ocean extremes in a warmer world: Discovering risks for marine ecosystems (OceanX) 01.08.2017 SNSF Professorships

Abstract

Ocean extreme events, such as marine heatwaves, have been observed in all ocean basins over the past few decades with devastating impacts on entire ecosystems. With trends in ocean warming, acidification, deoxygenation and nutrient availability projected to continue for decades, such extreme events are likely to occur more often, intensify, and extend over larger ocean regions. Of particular concern are compound ocean extreme events, i.e., when conditions are extreme for multiple stressors. Compound threats can lead to especially severe environmental damage, since a heatwave and extremes in acidity, oxygen or nutrients may together strongly restrict the habitat for marine organisms. But at present, we do not know how these rare and multivariate extreme events will unfold in time and space due to the lack of physical and biogeochemical data of the ocean in high temporal and spatial resolution. This knowledge gap is of significant concern as the ocean is an important modulator of Earth’s climate, provides us with food and supports our health and wellbeing. I propose to address these gaps by (i) determining the space and time characteristics of multivariate ocean extreme events, (ii) identifying the physical and biogeochemical processes driving these compound events, and (iii) quantifying and attributing past and future changes in frequency, intensity and duration of compound events under global warming using sophisticated statistical tools. I will focus on compound extreme events in temperature, acidity, oxygen and nutrients, as these stressors may challenge sustainable management of living marine resources under climate change. These objectives will be addressed by combining high resolution satellite data with newly developed large initial-condition physical-biogeochemical ensemble simulations of two Earth system models. Of particular interest is the identification of the most important drivers of compound events, which we aim to analyze through novel diagnostics for each process that affect these potential ecosystem stressors. This project will enable us to make a major step forward in our understanding of how marine ecosystems will respond to global warming.
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