Algorithmische Optimale Steuerung - CO2-Aufnahme des Meeres

Algorithmische Optimale Steuerung - CO2-Aufnahme des Meeres

Unsere Arbeitsgruppe bearbeitete das Projekt CO2-Aufnahme des Meeres in der ersten Phase des Exzellenzclusters Ozean der Zukunft im Rahmen der Exzellenzinitiative der Bundesregierung. In der zweiten Phase sind wir u.a. Teil des Forschungsfeldes R11 - Vorhersagen über den Ozean

Was ist Algorithmische Optimale Steuerung?

In vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen stellen sich Optimierungsprobleme, die durch Differentialgleichungen beschrieben sind. Solche Aufgaben werden als Probleme der Optimalen Steuerung bezeichnet. Sie bieten sowohl in ihrer mathematischen Analysis, der numerischen und algorithmischen Umsetzung eine Vielzahl von Herausforderungen, die das Arbeitsgebiet unserer Gruppe darstellen. Wichtige Forschungsgebiete dabei sind

  • Mathematische Analysis und Entwicklung von Algorithmen für Optimalsteuerprobleme
  • Nichtlineare Optimierungsverfahren
  • Analysis und Numerik der zu Grunde liegenden, oft nichtlinearen Gleichungen (z.B. Transport- und Bilanzgleichungen, Gleichungen der Strömungsmechanik)
  • Algorithmische Sensitivitäts- und Gradientenberechnungen (Automatisches Differenzieren).

 

Was ist CO2-Aufnahme?

Chemische, biologische und physikalische Prozesse sorgen dafür, dass im Ozean atmosphärisches Kohlenstoffdioxid (CO2) gebunden, gespeichert und damit der Atmosphäre zumindest vorübergehend entzogen wird. Der Ozean wirkt damit als große Kohlenstoffdioxidsenke und nimmt etwa ein Drittel des anthropogen verursachten CO2 auf. Diese Eigenschaft spielt im Rahmen der aktuellen Klimadiskussion, in der das Treibhausgas CO2 und seine Auswirkungen auf das globale Klima im Mittelpunkt stehen, eine zentrale Rolle. Besonders wichtig ist, wie sich die CO2-Aufnahme des Meeres bei Klimaänderungen (beispielsweise Temperaturerhöhungen) verhält. 
Da es sich bei der CO2-Aufnahme um biogeochemische Prozesse handelt, sind wesentliche Ziele des Projektes A3 die Sensitivitätsanalyse und Datenassimilation (d.h. die Anpassung von Modellparametern mit Hilfe von Messdaten) in biogeochemischen Modellen, die an Ozeanzirkulationsmodelle gekoppelt sind. An dieser Stelle kommen die Forschungsbereiche Angewandte Mathematik und Informatik ins Spiel.

 

 

 

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