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Natur- und Ingenieurwissenschaftliches Kolleg
2. Anthropogener Klimawandel
Leitung
Prof. Dr. Dres. h.c. mult. Jürgen Kurths
Leiter des Forschungsbereichs Transdiziplinäre Konzepte und
Methoden, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung
Jonathan F. Donges
Forschungsbereich Transdiziplinäre Konzepte und Methoden,
Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung
Der menschengemachte (anthropogene) Klimawandel und seine möglicherweise gra-
vierenden Folgen für unsere Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft sind eine der großen
wissenschaftlichen Herausforderungen zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Als globaler und
äußerst komplexer Ursache-Wirkungs-Komplex entzieht er sich aber der Analyse durch
klassische einzeldisziplinäre Forschung und erfordert einen transdisziplinären Ansatz,
wie er in der modernen Form der Erdsystemanalyse entwickelt wird. Dieser Zugang soll
ermöglichen, die vielfältigen Wechselwirkungs- und Rückkopplungsprozesse zwischen
Mensch und Natur geeignet zu beschreiben und zu verstehen, um daraus letztlich die
Möglichkeit von Vorhersagen und Handlungsvorschlägen abzuleiten.
Das Erdsystem kann in kondensierter Form als ein komplexes dynamisches System von
interagierenden Netzwerken aufgefasst werden. Dieses Netzwerk setzt sich insbesondere
aus sozialen, ökonomischen, infrastrukturellen Netzen sowie biogeochemischen und phy-
sikalischen Prozessen wie Hydrologie und Klimadynamik zusammen.
Die Kolleggruppe wird zunächst die methodischen Grundlagen der Theorie komplexer
Netzwerke anhand von illustrativen Anwendungen erarbeiten und sich einen Überblick
über die Inhalte und Probleme der Erdsystemanalyse im Kontext des Klimawandels ver-
schaffen. In einem nächsten Schritt soll die datengetriebene Rekonstruktion und Analyse
von interagierenden Erdsystemnetzwerken mit fortgeschrittenen statistischen Methoden
behandelt werden (Stichworte big data, data mining, machine learning). Auf Basis dieser
Rekonstruktions- und Analysemethoden studieren wir dynamische Phänomene in inter-
agierenden Netzwerken, wie etwa sich schnell ausbreitende Funktionsausfälle, Phasen-
übergänge oder das plötzliche Überschreiten von Kipppunkten (Bifurkationen).
Schließlich soll diskutiert werden, wie das gewonnene konzeptionelle Verständnis in ein-
fachen tutoriellen, aber auch komplexen Erdsystemmodellen umgesetzt werden kann, um
verlässlichere Vorhersagen zu ermöglichen und insbesondere nachhaltige Handlungspfa-
de aufzuzeigen.
Die Kolleggruppe richtet sich insbesondere an Studierende der Physik, Mathematik, In-
formatik, Ökonomie, Soziologie, der Geo- und Umweltwissenschaften, aber auch anderer
quantitativer Disziplinen.
