Kernprofilbereich "Intelligente Methoden für Erdsystemwissenschaften"

Innerhalb der Universität zu Köln gibt es die Struktur der Kernprofilbereiche (key profile area - KPA); dies sind thematisch definierte Forschungsbereiche von hoher wissenschaftlicher und/oder gesellschaftlicher Relevanz. Seit 2022 gibt es den Kernprofilbereich "Intelligente Methoden für die Erdsystemwissenschaften".

Was machen wir?

Im Rahmen des KPA's "Intelligente Methoden für die Erdsystemwissenschaften" streben wir eine enge Verbindung zwischen den Erdsystemwissenschaften, den angrenzenden Naturwissenschaften (Physik, Chemie, Biologie) sowie der Informatik und Mathematik an. Ein solcher interdisziplinärer Ansatz ermöglicht es, Anwendungen z.B. in der Astronomie, den Umweltwissenschaften und der Energiewirtschaft zu erreichen.

Mit den starken regionalen Partnern, d.h. der Universität Bonn sowie dem Forschungszentrum Jülich, hat die Universität zu Köln (UzK) bereits das Center for Earth System Observation and Computational analysis (CESOC) gegründet, das das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) mit der Forschung auf diesem interdisziplinären Gebiet verbindet. Darüber hinaus ist die Weiterentwicklung starker Infrastrukturen, wie die weltweit einzigartige Plattform für Geochronologie an der UzK, vorgesehen. Auch ist geplant, die Kompetenzzentren innerhalb des Geoverbundes ABC/J, wie das Isotope GeoScience Centre (IGSC4i) und das Cloud and Precipitation Exploration Laboratory (CPEX-LAB), weiter zu stärken.

Mit der KPA-Förderung der UzK sollen die interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Forschung ausgebaut, innovative Lehrkonzepte entwickelt, Ansätze zur Nachhaltigkeit unterstützt und Outreach-Aktivitäten ermöglicht werden.

Warum jetzt dieses Thema?

Inzwischen wissen wir, dass die Menschheit den Klimawandel dringend eindämmen muss, was tiefgreifende Änderungen der Lebensweise erfordert, sei es bei der Umgestaltung der Energiesysteme oder der Vermeidung des Verlusts der biologischen Vielfalt.

Gleichzeitig steht eine neue Generation von Instrumenten zur Verfügung: neuartige Ansätze zur Beobachtung des Erdsystems, hochauflösende experimentelle Daten und Simulationen sowie intelligente Berechnungsmethoden wie maschinelles Lernen, effiziente Algorithmen oder Exascale-Computing. Diese bieten ein noch nie dagewesenes Potential, um das vergangene, gegenwärtige und vor allem zukünftige Klima sowie die Entwicklung des komplexen gekoppelten Erdsystems besser zu verstehen.

Mit dem Wissen lassen sich dann Empfehlungen u.a. für die Politik und Energiewirtschaft aussprechen.

Welche Maßnahmen?

In der Forschung wollen wir neue interdisziplinäre Projekte initiieren und entsprechende Professuren einrichten. Die Mathematik und die Informatik sollen sich als interdisziplinäre Forschung für die Erdwissenschaften entwickeln, wobei künstliche Intelligenz, effiziente Algorithmen und visuelle Analysen eine Rolle spielen.

Eine Kombination aus neuen analytischen, experimentellen und simulativen Ansätzen soll unser Verständnis verbessern. Mit Hife von neuen Messmethoden und neuen Methoden soll auch das Paläoklima modelliert und rekonstruiert werden, so dass das geologische Archiv besser interpretiert werden kann.

Auch eine Kooperation von Energiewirtschaft und Meteorologie (siehe auch ewi) soll mit Seminarreihen, gemeinsamen Forschungsarbeiten ausgebaut werden.

Für die Lehre wird u.a. der neue Master Studiengang Computational Sciences gefördert, es werden spezielle Seminare und Workshops angeboten, um die Zusammenarbeit mit der Informatik und Mathematik und zu fördern. Auch interdisziplinäre Doktorarbeiten können betreut werden. Schon für den Bachelor-Studiengang wird der Einstieg in die Informatik einen Lehrinhalt darstellen.

Zusätzlich werden wir mit Graduiertenschulen (GSGS) zusammenarbeiten, um deren Angebote um eine starke computergestützte Ausbildungskomponente erweitern zu können.

Im Zuge des Wissentransfers werden wir KPA-Themen einer breiten Öffentlichkeit nahe bringen und auch die Kooperation mit Schulen suchen.

Wer macht mit?

Die initial beteiligten Institute/Einrichtungen gehören zur Universität zu Köln, das Department der Geowissenschaften und das Department Mathematik / Informatik. Die genaue und erweiterte Liste der beteiligten Personen und Institute befindet sich hier.

Hier stehen mit dem Center for Data and Simulation Science (CDS) und dem Rechenzentrum (RRZK) Kapazitäten für Datenanalyse und Simulationen zur Verfügung.

Die Datenakquise findet an den verschiedensten Orten statt, z.B. in der Arktis innerhalb des Projektes AC3, in der Atacama-Wüste innerhalb des Projektes CRC1211, an der Kölner Wetterstation auf dem Uni Sport Gelände, in Jülich mit den Meßgeräten aus dem Projekt JOYCE-CF und in den Laboren der Geologie & Mineraologie sowie der Geographie, wie z.B. mit dem Cologne AMS.

Mit den starken regionalen Partnern, d.h. der Universität Bonn sowie dem Forschungszentrum Jülich, hat die Universität zu Köln (UzK) bereits das Center for Earth System Observation and Computational analysis (CESOC) gegründet, das das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) mit der Forschung verbindet. Darüber hinaus gibt es weitere Infrastrukturen, wie die weltweit einzigartige Plattform für Geochronologie an der UzK (z.B. mit dem CologneAMS), sowie die Kompetenzzentren innerhalb des Geoverbundes ABC/J, wie das Isotope GeoScience Centre (IGSC4i) und das Cloud and Precipitation Exploration Laboratory (CPEX-LAB).