Sabrina Sanchez (Institut de Physique du Globe Paris), Johannes Wicht (MPS Göttingen)

Assimilation geomagnetischer Daten mit Dynamosimulationen: Ein Fenster zur Dynamik des Erdkerns

Die Änderungen des Erdmagnetfeldes sind unser einziges Fenster zum dynamischen Eisenkern der Erde. Wir planen die Entwicklung eines Datenassimilationsverfahrens, das durch die Verbindung von Beobachtungsdaten und numerischen Dynamosimulationen ein möglichst realistisches Modell der Dynamik im Erdkern bietet. Bei Wettervorhersagen ist Datenassimilation seit langem Routine, doch die Anwendung im Rahmen der Geomagnetik steckt noch in den Kinderschuhen. Die besondere Herausforderung liegt darin, dass die geomagnetischen Daten weit entfernt vom Dynamoprozess im Erdkern gemessen werden und nur relativ wenige Daten als Randbedingungen für eine komplexen Dynamik zur Verfügung stehen. In unserer Methode der Wahl, dem Ensemble-Kalman-Filter, basiert die Verknüpfung von Daten und Kerndynamik auf den statistischen Korrelationen zwischen mehreren parallel ausgeführten numerischen Dynamosimulationen. Die Ziele des Projektes sind a) ein besseres Verständnis der wichtigsten Komponenten in Geodynamosimulationen, b) die Entwicklung eines möglichst realistischen Modells der Kerndynamik von 1900 bis heute und c) basierend auf diesem Modell, eine Vorhersage der Magnetfeldentwicklung für die nächsten Jahrzehnte. Intensive numerische Studien werden helfen, den besten Kompromiss zwischen verschiedenen Assimilationsverfahren, Komplexität des Dynamomodells, Umfang der einzelnen Komponenten und numerischen Aufwand zu finden. In Zusammenarbeit mit anderen Teams innerhalb des SPP wird somit ein aktueller, integrierter Überblick der verschiedenen Beiträge zum Erdmagnetismus entstehen, von den magnetosphärischen Stromsystemen bis hin zu dem Dynamoprozess im Kern unseres Planeten.