ALBERT

Description: Deutschlands Klimaschutzstrategie baut auf den Einsatz von grünem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Doch wo soll der Wasserstoff herkommen, aus heimischer Produktion oder importiert aus dem Ausland? Eine Studie des Wuppertal Instituts und DIW Econ schafft einen Überblick über die aktuelle Datenlage und ermittelt Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte beider Strategien. Das Resümee: Es trifft nicht zu, dass importierter Wasserstoff allgemein günstiger ist, entscheidend sind je nach Herkunftsland die tatsächlich realisierbaren Strom- und Transportkosten. Wird der grüne Wasserstoff stattdessen im eigenen Land produziert, wird dies zudem eine positive Beschäftigungswirkung und Wertschöpfung entfalten. Mit der Erreichung der Klimaziele 2050 betrüge die zusätzliche Wertschöpfung bei einer stark auf die heimische Erzeugung ausgerichtete Strategie bis zu 30 Milliarden Euro im Jahr 2050 und es könnten bis zu 800.000 Arbeitsplätze geschaffen werden.

Description: The idea for the Green Recovery Tracker was born in spring 2020 when governments started making announcements on economic Corona recovery measures. From a climate and resilience perspective it is key that those recovery packages, investments and subsidies are in line with long-term climate and sustainability targets. Thus, recovery packages should not only boost the economy in the short-term, but also strike the path to a just transition towards climate neutrality. Against this background, Wuppertal Institute and E3G have launched the Green Recovery Tracker project in late summer 2020 to shed light on the following questions: What can be considered an effective green recovery? What are good examples, which can be used as an inspiration for recovery programs aiming to support sustainable development? Where do the individual Member States stand with respect to aligning their recovery activities with the climate policy agenda? In this report, you will find our Methodology as well our Policy Briefing highlighting our key takeaways of our country and sectoral analyses. It further includes a section on "What can we learn from our experience with the Green Recovery Tracker?". The briefing concludes with a "Guidance for future funding programs and achieving climate targets overall".

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Sadai, S., Condron, A., DeConto, R., & Pollard, D. Future climate response to Antarctic Ice Sheet melt caused by anthropogenic warming. Science Advances, 6(39), (2020): eaaz1169, doi:10.1126/sciadv.aaz1169.

Description: Meltwater and ice discharge from a retreating Antarctic Ice Sheet could have important impacts on future global climate. Here, we report on multi-century (present–2250) climate simulations performed using a coupled numerical model integrated under future greenhouse-gas emission scenarios IPCC RCP4.5 and RCP8.5, with meltwater and ice discharge provided by a dynamic-thermodynamic ice sheet model. Accounting for Antarctic discharge raises subsurface ocean temperatures by 〉1°C at the ice margin relative to simulations ignoring discharge. In contrast, expanded sea ice and 2° to 10°C cooler surface air and surface ocean temperatures in the Southern Ocean delay the increase of projected global mean anthropogenic warming through 2250. In addition, the projected loss of Arctic winter sea ice and weakening of the Atlantic Meridional Overturning Circulation are delayed by several decades. Our results demonstrate a need to accurately account for meltwater input from ice sheets in order to make confident climate predictions.

Description: This research was supported by the NSF Office of Polar Programs through NSF grant 1443347, the Biological and Environmental Research (BER) division of the U.S. Department of Energy through grant DE-SC0019263, the NSF through ICER 1664013, and by a grant to the NASA Sea Level Science Team 80NSSC17K0698.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Climate 33(9), (2020): 3845-3862, doi:10.1175/JCLI-D-19-0215.1.

Description: The latitudinal structure of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) variability in the North Atlantic is investigated using numerical results from three ocean circulation simulations over the past four to five decades. We show that AMOC variability south of the Labrador Sea (53°N) to 25°N can be decomposed into a latitudinally coherent component and a gyre-opposing component. The latitudinally coherent component contains both decadal and interannual variabilities. The coherent decadal AMOC variability originates in the subpolar region and is reflected by the zonal density gradient in that basin. It is further shown to be linked to persistent North Atlantic Oscillation (NAO) conditions in all three models. The interannual AMOC variability contained in the latitudinally coherent component is shown to be driven by westerlies in the transition region between the subpolar and the subtropical gyre (40°–50°N), through significant responses in Ekman transport. Finally, the gyre-opposing component principally varies on interannual time scales and responds to local wind variability related to the annual NAO. The contribution of these components to the total AMOC variability is latitude-dependent: 1) in the subpolar region, all models show that the latitudinally coherent component dominates AMOC variability on interannual to decadal time scales, with little contribution from the gyre-opposing component, and 2) in the subtropical region, the gyre-opposing component explains a majority of the interannual AMOC variability in two models, while in the other model, the contributions from the coherent and the gyre-opposing components are comparable. These results provide a quantitative decomposition of AMOC variability across latitudes and shed light on the linkage between different AMOC variability components and atmospheric forcing mechanisms.

Description: The authors gratefully acknowledge support from the Physical Oceanography Program of the U.S. National Science Foundation (Awards OCE-1756143 and OCE-1537136) and the Climate Program Office of the National Oceanic and Atmospheric Administration (Award NA15OAR4310088). Gratitude is extended to Claus Böning and Arne Biastoch who shared ORCA025 output. S. Zou thanks F. Li, M. Buckley, and L. Li for helpful discussions. We also thank three anonymous reviewers for helpful suggestions.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Foukal, N. P., Gelderloos, R., & Pickart, R. S. A continuous pathway for fresh water along the East Greenland shelf. Science Advances, 6(43), (2020): eabc4254, doi:10.1126/sciadv.abc4254.

Description: Export from the Arctic and meltwater from the Greenland Ice Sheet together form a southward-flowing coastal current along the East Greenland shelf. This current transports enough fresh water to substantially alter the large-scale circulation of the North Atlantic, yet the coastal current’s origin and fate are poorly known due to our lack of knowledge concerning its north-south connectivity. Here, we demonstrate how the current negotiates the complex topography of Denmark Strait using in situ data and output from an ocean circulation model. We determine that the coastal current north of the strait supplies half of the transport to the coastal current south of the strait, while the other half is sourced from offshore via the shelfbreak jet, with little input from the Greenland Ice Sheet. These results indicate that there is a continuous pathway for Arctic-sourced fresh water along the entire East Greenland shelf from Fram Strait to Cape Farewell.

Description: Funding for this work comes from the NSF under grant numbers OCE-1756361 and OCE-1558742 (N.P.F. and R.S.P.) and grant numbers OCE-1756863 and OAC-1835640 (R.G.).

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Hahn, L. C., Storelvmo, T., Hofer, S., Parfitt, R., & Ummenhofer, C. C. Importance of Orography for Greenland cloud and melt response to atmospheric blocking. Journal of Climate, 33(10), (2020): 4187-4206, doi:10.1175/JCLI-D-19-0527.1.

Description: More frequent high pressure conditions associated with atmospheric blocking episodes over Greenland in recent decades have been suggested to enhance melt through large-scale subsidence and cloud dissipation, which allows more solar radiation to reach the ice sheet surface. Here we investigate mechanisms linking high pressure circulation anomalies to Greenland cloud changes and resulting cloud radiative effects, with a focus on the previously neglected role of topography. Using reanalysis and satellite data in addition to a regional climate model, we show that anticyclonic circulation anomalies over Greenland during recent extreme blocking summers produce cloud changes dependent on orographic lift and descent. The resulting increased cloud cover over northern Greenland promotes surface longwave warming, while reduced cloud cover in southern and marginal Greenland favors surface shortwave warming. Comparison with an idealized model simulation with flattened topography reveals that orographic effects were necessary to produce area-averaged decreasing cloud cover since the mid-1990s and the extreme melt observed in the summer of 2012. This demonstrates a key role for Greenland topography in mediating the cloud and melt response to large-scale circulation variability. These results suggest that future melt will depend on the pattern of circulation anomalies as well as the shape of the Greenland Ice Sheet.

Description: This research was supported by the Woods Hole Oceanographic Institution Summer Student Fellow program, by the U.S. National Science Foundation under AGS-1355339 to C.C.U., and by the European Research Council through Grant 758005.

Description: Any energy efficiency impact evaluation can be done from different analytical perspectives, e.g. the investor/end-user perspective, program administrator perspective or the societal perspective. COMBI applies the "societal perspective", as this is most relevant for policy-making. COMBI draws on a reference scenario until the year 2030 including existing (partially already ambitious) policies. By modelling 21 sets of "energy efficiency improvement" (EEI) actions, a second efficiency scenario was modelled amounting to additional energy savings of around 8% p.a. in 2030, that is comparable to the EUCO+33 to EUCO+35 scenario. This D2.7 quantification report summarises the quantification approaches applied in the COMBI project and main project findings. It therefore draws on other COMBI reports that contain this information in greater detail in order to summarise quantifications. The report is structured in three main sections: 1. The COMBI approach and methods, explaining key methodological approaches both for individual impact quantifications and for the aggregation of impacts 2. Quantification results, giving an overview on main figures of quantified indicators and 3. Insights from cross-impact analysis, which gives a comparison between monetised impacts and presents their use for Cost-Benefit calculations in the COMBI online tool.

Description: Much of the current literature on climate clubs sees mitigation costs creating free rider incentives as the main problem of climate policy. Climate clubs are supposed to solve this problem by creating additional incentives for mitigation. Looking more in detail, one sees that the situation differs from sector to sector. Some industry sectors indeed have substantial cost and competitiveness issues. In others such as electricity and transport, there are costs at micro level but balance for economy and society as a whole is rather positive. International climate policy in general and clubs in particular should therefore be tailored to sectoral specifics.

Description: Der Begriff "Pfand" umfasst in seinen konkreten Anwendungen ganz unterschiedliche Konzepte, die sich mit unterschiedlichen Zielsetzungen auf verschiedene Produktgruppen beziehen und dabei sehr unterschiedliche Effekte auslösen. Zentrales Ziel dieser Kurzstudie ist es, zu einer etwas differenzierteren Betrachtung von Pfandsystemen beizutragen und auf die Stärken und Schwächen in den verschiedenen Anwendungskontexten hinzuweisen. Mit diesem Ziel werden in Kapitel 2 verschiedene Best-Practice-Beispiele dargestellt, bei denen die Einführung von Pfandsystemen in verschiedenen Formen zur Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft beigetragen haben. Kapitel 3 beschreibt die verschiedenen Kriterien, auf deren Basis sich unterschiedliche Pfandsysteme für konkrete Produktgruppen begründen lassen könnten; ein spezifischer Fokus wird hierbei auf Verpackungssysteme gelegt. Im abschließenden Kapitel 4 werden davon ausgehend Handlungsempfehlungen entwickelt, wie das Instrument Pfand in Deutschland in möglichst effizienter Form genutzt werden könnte.

Description: The COMBI project aimed at quantifying the multiple non-energy benefits of energy efficiency in the EU-28 area and incorporate those multiple impacts into decision-support frameworks for policy-making. Therefore, all multiple impacts of energy efficiency are analysed from an overall societal view in the project. The COMBI policy recommendations resulting from the evaluation outcomes are presented in this report. COMBI draws on a reference scenario until the year 2030 including existing policies. By modelling 21 sets of "energy efficiency improvement" (EEI) actions, a second efficiency scenario was modelled amounting to additional energy savings of around 8% p.a. in 2030, and that is comparable to the EUCO+33 to EUCO+35 scenario. All figures quantified by COMBI relate to additional values, i.e. additional impacts resulting from additional EEI actions beyond the reference scenario as a consequence of additional policies. The project quantified in total 31 individual impact indicators with appropriate state-of-the-art models.

Description: The Wuppertal Institute conducted an impact analysis of the NRW Sustainability Bond #4 of 2018 on behalf of the State Government of North Rhine-Westphalia (NRW). The most recent bond has a volume of EUR 2.025bn, a term of 10 years and consists of 52 eligible projects from the State's 2017 general budget (sustainable value-added was confirmed in a second party opinion by oekom research1). This report analyses the contribution of the bond to climate mitigation, sustainable land use and social impacts. It also includes information on the impacts of the previous three bonds (NRW Sustainability Bond #1 to #3).

Description: Innerhalb des Projekts TFE-NRW bewertete das Wuppertal Institut den Forschungsbedarf für Energiewende-Technologien in Nordrhein-Westfalen. Ziel war es herauszufinden, welche Technologien und Forschungsbereiche im Rahmen der Energieforschung für Nordrhein-Westfalen (NRW) einen besonders hohen Stellenwert in Relation zur Bewertung für Deutschland haben könnten und für die eine besondere Unterstützung innerhalb der Energieforschung gerechtfertigt erscheint. Dabei sollten die speziellen Anforderungen des Bundeslandes berücksichtigt werden. Betrachtet wurden 31 Technologiefelder aus den Bereichen erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerke, Infrastruktur, Technologien für die Sektorenkopplung (Power-to-X, P2X), energie- und ressourceneffiziente Gebäude, Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie und integrative Aspekte, die mithilfe eines Kriterienrasters qualitativ bewertet wurden.

Description: Die GLS Bank finanziert gezielt nachhaltige Projekte und Unternehmen in den Bereichen erneuerbare Energien, nachhaltige Wirtschaft, Ernährung, Wohnen, Bildung & Kultur, Soziales & Gesundheit. Eine zentrale Herausforderung ist es, die Nachhaltigkeitswirkung der Finanz- und Anlagestrategie robust zu quantifizieren und transparent darzustellen. Die GLS Bank hat sich zum Ziel gesetzt, die hierfür notwendigen Methoden und Daten zur Bewertung der Nachhaltigkeitswirkungen ihres Finanz- und Anlagenportfolios schrittweise weiterzuentwickeln, um eine richtungssichere Portfoliosteuerung und Kundenbetreuung zu unterstützen. Ziel des Projektes ist zunächst, das Emissionsgeschehen der finanzierten Wertschöpfungskette abzubilden (Scope 3), aber auch die eingesparten Emissionen als einen Beitrag zum Klimaschutz zu bewerten (Scope 4). Es werden die Scope 3 Emissionen der GLS Bank in den folgenden Finanz- und Anlagebereichen für das Berichtsjahr 2019 bilanziert: 1. Aktien- und Klimafonds; 2. Kredite; 3. Unternehmensbeteiligung. Scope 4 Emissionen werden in Form vermiedener Emissionen (Carbon Handprint) dabei ausschließlich für Bereiche bilanziert, in denen THG-Reduktionspotentiale richtungssicher abgeschätzt werden können. Im vorliegenden Bericht wird der Untersuchungsrahmen, die vom Wuppertal Institut entwickelte Methodik sowie Lösungsstrategien für die Überbrückung geringer Datenqualität/-verfügbarkeit beschrieben. Die Robustheit der Ergebnisse wird durch Prüfungsmethoden reflektiert und dem Leser somit eine Interpretationsunterstützung gegeben. In einem Ausblick werden Weiterentwicklungsbedarfe und -möglichkeiten skizziert, um schrittweise eine zunehmend robuste und wissenschaftliche fundierte Methodik und Datengrundlage zur Bewertung der Klimawirkung sowie weiterer Nachhaltigkeitswirkungen des Finanz- und Anlageportfolios der GLS Bank in Zusammenarbeit mit relevanten Stakeholdern zu etablieren.

Description: The Wuppertal Institute conducted an impact analysis of the NRW sustainability bond #5 of 2019 on behalf of the State government of North Rhine-Westphalia (NRW). The most recent bond has a volume of EUR 2.25 bn, a term of 15 years and consists of 52 eligible projects from the State's 2018 general budget (sustainable value-added was confirmed in a second party opinion by ISS-oekom). This report analyses the contribution of the bond to climate mitigation, sustainable land use and social impacts. It also includes information on the impacts of the previous four bonds (NRW sustainability bond #1 to #4).

Description: Ziel der vorliegenden Studie ist es, positive Nachhaltigkeitseffekte für die in 2017 emittierte Nachhaltigskeitsanleihe NRW zu bewerten. Die Studie baut dabei auf der Wirkungsanalyse der zweiten Nachhaltigskeitsanleihe NRW auf. Diese Studie war auf die Abschätzung von Treibhausgas-Minderungspotenzialen (THG-Minderungen) fokussiert. Der Fokus der vorliegenden Studie liegt ebenfalls auf der Evaluation der potenziellen THG-Minderung, da deren Bewertung sich derzeit als Standard für eine Wirkungsanalyse solcher Anleihen abzeichnet.

Description: Die Digitalisierung und der demografische Wandel sind Megatrends, die die Energiewende überlagern. Mehr denn je sind daher integrierte Problemlösungskonzepte für die Umsetzung der Energiewende gefragt. Neben den technischen Aspekten sollen diese Lösungen auf die sozio-ökonomischen Charakteristika der einzelnen Regionen und Kommunen eingehen und mögliche Veränderungen durch die Megatrends berücksichtigen. Zielsetzung des Teilprojekts war die Entwicklung eines wirtschaftlich-, ökologisch- und sozial optimalen Wärmeversorgungskonzepts für die Konversionsfläche der ehemaligen Zeche Westerholt in Gelsenkirchen-Herten. Im Fokus stand das Gesamtsystem der Wärmeversorgung, bestehend aus Netz, Speicher und Erzeugung. Angestrebt wurde eine zukunftsfähige Niedertemperaturversorgung (LowEx), welche Technologien der Sektorkopplung und diverse erneuerbare Energiequellen wie Solarthermie, Erdwärme und Abwärmequellen einbinden kann. Dabei wurde eine integrierte Analyse technisch-infrastruktureller sowie sozio-ökonomischer und -kultureller Umsetzungsvoraussetzungen durchgeführt. Neben der interkommunalen Einbindung zeichnete sich das Vorhaben durch ein transdisziplinäres Projektkonsortium aus Kommune, Stadtwerk, Wissenschaft, Technologieentwicklern und Planungsbüros aus.

Description: To examine the atmospheric responses to Arctic sea ice variability in the Northern Hemisphere cold season (from October to the following March), this study uses a coordinated set of large-ensemble experiments of nine atmospheric general circulation models (AGCMs) forced with observed daily varying sea ice, sea surface temperature, and radiative forcings prescribed during the 1979–2014 period, together with a parallel set of experiments where Arctic sea ice is substituted by its climatology. The simulations of the former set reproduce the near-surface temperature trends in reanalysis data, with similar amplitude, and their multimodel ensemble mean (MMEM) shows decreasing sea level pressure over much of the polar cap and Eurasia in boreal autumn. The MMEM difference between the two experiments allows isolating the effects of Arctic sea ice loss, which explain a large portion of the Arctic warming trends in the lower troposphere and drive a small but statistically significant weakening of the wintertime Arctic Oscillation. The observed interannual covariability between sea ice extent in the Barents–Kara Seas and lagged atmospheric circulation is distinguished from the effects of confounding factors based on multiple regression, and quantitatively compared to the covariability in MMEMs. The interannual sea ice decline followed by a negative North Atlantic Oscillation–like anomaly found in observations is also seen in the MMEM differences, with consistent spatial structure but much smaller amplitude. This result suggests that the sea ice impacts on trends and interannual atmospheric variability simulated by AGCMs could be underestimated, but caution is needed because internal atmospheric variability may have affected the observed relationship.

Description: Published

Description: 8419–8443

Description: 2A. Fisica dell'alta atmosfera

Description: JCR Journal

Description: Die vorangegangenen Analysen im RESTORE2050 Projekt, die im Rahmen dieses Berichts weitergeführt werden, haben gezeigt, dass der Einsatz von Wasserstoffspeichern zur Residuallastglättung nur bedingt geeignet ist. Zwar bietet die Technologie ein hohes technisches Potenzial hinsichtlich der Speicherkapazitäten und der installierbaren elektrischen Leistungen. Jedoch führt ein systemdienlicher Einsatz, bei dem positive Residuallastspitzen u. a. durch Anheben geringer Residuallasten gesenkt werden, wie er in den Modellrechnungen des RESTORE2050 Projektes implementiert ist, zu einer Absenkung der Deckungsraten von erneuerbaren Energien (EE) im europäischen Stromsystem. Dies ist dadurch begründet, dass die Umwandlung und Speicherung von EE-Strom als Wasserstoff (H2) im Vergleich zu anderen Speichertechnologien hohe Wandlungsverluste sowohl bei der H2-Erzeugung als auch bei der Rückverstromung aufweisen. Daher wird im Rahmen dieses Aufstockungsprojektes (RESTORE2050_plus) untersucht, welchen Beitrag alternative Einsatzstrategien der H2-Speicher zur Minimierung der negativen Residuallast, also potenzielle erneuerbaren Stromüberschüssen, und gleichzeitig zur Erhöhung der EE- Versorgungsanteile leisten kann.

Description: Das übergeordnete Ziel des Forschungs-Projektes RESTORE 2050 (Regenerative Stromversorgung & Speicherbedarf in 2050; Förderkennzeichen 03SF0439) war es, wissenschaftlich belastbare Handlungsempfehlungen für die Transformation des deutschen Stromsystems im europäischen Kontext zu geben. Dafür wurden auf Basis der zukünftig prognostizierten Entwicklung von Stromangebot und -nachfrage innerhalb des ENTSO-E Netzverbundes für den Zeithorizont des Jahres 2050 sowie mittels örtlich und zeitlich hoch aufgelöster meteorologischer Zeitreihen die Themenkomplexe (1) Nationale Ausbaustrategien für erneuerbare Energien, (2) Übertragungsnetzausbau und (3) Alternativmaßnahmen wie Lastmanagement, (4) Bedeutung des EE-Stromaustauschs mit Drittstaaten und (5) die Rolle von Stromspeichern auf Übertragungsnetzebene analysiert. Die aus den Untersuchungsergebnissen abgeleitenden Handlungsempfehlungen stellen wichtige Beiträge für die weitere Integration von erneuerbaren Energien dar und geben Hinweise für den Aufbau einer leistungsfähigen europäischen Infrastruktur.

Description: Das Konzept der "Wirtschaftsförderung 4.0" (Wf4.0) zielt darauf ab, die lokalen und regionalen Wirtschaftsstrukturen zu stärken. Wf4.0 initiert neue Wertschöpfung vor Ort, eröffnet lokale Investitionsmöglichkeiten, bindet regionale Kaufkraft, entfalten neue Wirtschaftsideen und stärkt lokale Vielfalt. Sie stärkt die Tauschwirtschaft für Ressourcen, Produkte oder Räume und fördert den Gemeinsinn. Mithin erhöht Wf4.0 die Widerstandsfähigkeit gegenüber globalen Wirtschaftskrisen. Wirtschaftsförderung 4.0 wirkt sich damit positiv aus auf den Stadtwohlstand und erhöht die Attraktivität für eine Stadt der kurzen Wege, der Diversität und des guten Lebens. Zugleich erhöht eine Stabilisierung der regionalen und lokalen Wirtschaft die Widerstandsfähigkeit der lokalen Ebene gegen weltweite Krisen. Die "Wirtschaftsförderung 4.0" ergänzt die klassischen Strategien der etablierten Wirtschaftsförderung. Nach und nach hat sich das Handlungsspektrum um die Bereiche Bestandspflege, Clustermanagement und Kreativwirtschaft erweitert. Zahlreiche Maßnahmen der Wf4.0 sind hier bereits verankert. So etwa die Förderung von Nachhaltigen Unternehmen. In dem Projekt wurde untersucht, inwiefern sich der gegenwärtige Leistungskatalog der Wirtschaftsförderung sinnvoll erweitern lässt.

Description: Diese Kurzstudie beschäftigt sich mit der Frage, ob durch den Einsatz von Augmented Reality Anwendungen die Wiederaufbereitung (genauer das Refurbishment) von Produkten gesteigert werden kann. Gleichzeitig betrachtet sie, ob damit auch die Inklusion- und Re-Integration von Schwerbehinderten und langzeitarbeitslosen Menschen in den ersten Arbeitsmarkt unterstützt wird.

Description: Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.

Description: Diese Kurzstudie ist Teil des Verbundvorhabens "Circular Economy als Innovationsmotor für eine klimaneutrale und ressourceneffiziente Wirtschaft (CEWI)" der Stiftung 2°, dem WWF Deutschland und dem Wuppertal Institut und hat zum Ziel, die Potenziale des Gebäudesektors und der dazugehörigen Wertschöpfung im Hinblick auf die Umsetzung von zirkulären Ansätzen zu analysieren und den Beitrag zur Ressourceneinsparung und dem Klimaschutz zu bewerten. Das Ergebnis dieser Kurzstudie leitet sich aus einem intensiven Bewertungsprozess verschiedener Maßnahmen-Cluster ab und besteht aus sechs Handlungsfeldern, die ein Potenzial für den Ausbau von Klimaneutralität und Ressourceneffizienz im Gebäudesektor aufweisen. Diese Handlungsfelder bilden die Grundlage für den weiteren Projektverlauf von CEWI, in dem Industrieakteure in Workshops gemeinsam Pilotprojekte modellieren werden.

Description: Diese Kurzstudie ist Teil des Verbundvorhabens "Circular Economy als Innovationsmotor für eine klimaneutrale und ressourceneffiziente Wirtschaft (CEWI)" der Stiftung 2°, dem WWF Deutschland und dem Wuppertal Institut und hat zum Ziel, die Potenziale des Automobilsektors und der dazugehörigen Wertschöpfung im Hinblick auf die Umsetzung von zirkulären Ansätzen zu analysieren und den Beitrag zur Ressourceneinsparung und dem Klimaschutz zu bewerten. Das Ergebnis dieser Kurzstudie leitet sich aus einem intensiven Bewertungsprozess verschiedener Maßnahmen-Cluster ab und besteht aus sechs Handlungsfeldern, die ein Potenzial für den Ausbau von Klimaneutralität und Ressourceneffizienz im Automobilsektor aufweisen. Diese Handlungsfelder bilden die Grundlage für den weiteren Projektverlauf von CEWI, in dem Akteure aus der Praxis in Workshops gemeinsam Pilotprojekte modellieren werden.

Description: Die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) unterstützt die Transformation der Region Stuttgart in Richtung Nachhaltigkeit und sieht die Bioökonomie als eine wichtige Strategie zu diesem Zweck. Die WRS hat das Wuppertal Institut mit dieser Kurzstudie mit dem Fokus auf die industrielle Bioökonomie beauftragt, um eine Informationsgrundlage für die Spezifikation weiterer Aktivitäten der WRS im Kontext der Bioökonomie zu schaffen. Die Studie gibt einen Überblick über definitorische Ansätze und Diskurslinien der Bioökonomie. Sie fasst Einschätzungen des deutschen Bioökonomierates zu Marktpotenzialen der Bioökonomie in verschiedenen Branchen zusammen, die u.a. für Automobil, Biotechnologie und IKT als gut eingeschätzt werden. Anschließend umreißt die Studie die Innovationsansätze Biomimikry und Biointelligenz. Für den Ansatz Biointelligenz zur biologischen Transformation der industriellen Wertschöpfung werden die in Studien von Dritten identifizierten Marktpotenziale der Biointelligenz zusammengefasst, u.a. in den Bereichen Unterstützungssysteme, Produktionssysteme/-technologien und Baumaterialien. Darüber hinaus stellt die Studie Schnittstellen relevanter Landesstrategien in Baden-Württemberg zu Bioökonomiethemen dar, die synergetisch genutzt werden könnten. Ergänzend gibt die Studie einen Überblick über die Akteurslandschaft in Baden-Württemberg. Der Überblick basiert insbesondere auf dem Bioökonomie Kompetenzatlas wissenschaftlicher Akteure, der von der Landeskoordinierungsstelle an der Universität Hohenheim herausgegeben wird, sowie einer Akteursanalyse aus dem Projekt "Bioökonomie in Baden-Württemberg", das am KIT durch das ITAS durchgeführt wurde und durch die BIOPRO Baden-Württemberg GmbH unterstützt wurde. Auf Basis dieser Informationssammlung entwirft die Studie weiterführende Fragen in Bezug auf mögliche weitere Aktivitäten der WRS im Kontext der Bioökonomie, u.a. die mögliche Nutzung von Innovationsansätzen aus dem Bereich der Living Lab und Reallaborforschung.

Description: Diese Kurzstudie beschäftigt sich mit der Frage, ob durch den Einsatz von Augmented Reality Anwendungen die Wiederaufbereitung (genauer das Refurbishment) von Produkten gesteigert werden kann. Gleichzeitig betrachtet sie, ob damit auch die Inklusion- und Re-Integration von Schwerbehinderten und langzeitarbeitslosen Menschen in den ersten Arbeitsmarkt unterstützt wird.

Description: Two thirds of today's world trade is based on global value chains and supply networks. Purely regional supply chains have become less important in recent decades. The effects of these globalised structures are manifold. On the one hand, they promote employment and generate prosperity. On the other hand, they are beset by extreme social, ecological and economic imbalances. The COVID-19 pandemic has demonstrated the fragility of existing supply chain systems. The lockdown continues to disrupt complex supply chains and many problems of existing production and consumption continue to worsen. COVID-19 is one example of the crises that can shake globally networked supply chains in the short term. Other crises, such as climate change, develop more insidiously and are less immediately recognisable. Different as they are, such crises have one thing in common: they highlight the vulnerability of global social and economic structures and illustrate the impact of global trade on the regions and people of the world. This is precisely where global sustainability strategy comes in - it aims to fundamentally reduce differences and inequalities in opportunities and quality of life. The COVID-19 pandemic has forced the entire world into upheaval, creating an opportunity to make sustainability a central political resilience strategy. In the wake of the Corona pandemic, the discussion about resilient communities has flared up. In order to guarantee supply in the face of such crises, these should be more strongly regional and circular in their economic approach and global and sustainable in their perspective. The aim should be sustainable, transparent, non-exploitative supply chains that guarantee the security of supply to cover basic needs and public services despite sudden changes and crises. This discussion paper draws a future scenario of globally cooperative, circular regional economies that fundamentally reduce global inequalities in opportunities and quality of life, while at the same time permanently preserving the natural foundations of life.

Description: Industrieregionen stehen vor besonderen Herausforderungen für eine nachhaltige und klimagerechte Entwicklung, sie müssen zu "grünen Industrieregionen" werden. Doch was macht eine "grüne Industrieregion" überhaupt aus? Die vorliegende Studie des Wuppertal Instituts verdeutlicht, worauf es besonders ankommt, wie Fortschritte gemessen werden können und welche Maßnahmen die erforderliche Transformation beschleunigen können. Das Autorenteam schätzt die Vorreiterpotenziale der Metropole Ruhr für sieben Indikatoren ein, die besonders deutlich bei der Umweltwirtschaft und der Entwicklung der Grün- und Erholungsflächen herausstechen.

Description: The influence of the Atlantic multidecadal variability (AMV) on the North Atlantic storm track and eddy-driven jet in the winter season is assessed via a coordinated analysis of idealized simulations with state-of-the-art coupled models. Data used are obtained from a multimodel ensemble of AMV± experiments conducted in the framework of the Decadal Climate Prediction Project component C. These experiments are performed by nudging the surface of the Atlantic Ocean to states defined by the superimposition of observed AMV± anomalies onto the model climatology. A robust extratropical response is found in the form of a wave train extending from the Pacific to the Nordic seas. In the warm phase of the AMV compared to the cold phase, the Atlantic storm track is typically contracted and less extended poleward and the low-level jet is shifted toward the equator in the eastern Atlantic. Despite some robust features, the picture of an uncertain and model-dependent response of the Atlantic jet emerges and we demonstrate a link between model bias and the character of the jet response.

Description: Published

Description: 347-360

Description: 4A. Oceanografia e clima

Description: JCR Journal

Description: Within the Shaping Digitalisation project, we aim to highlight and discuss the opportunities that digitalisation can bring to Germany. In particular, we are discussing three stand-out areas where action is most needed to achieve ecological transformation: mobility, the circular economy, and agriculture and food. This report addresses the second area in need of action. Up until now, discussions on the circular economy have been limited to recycling and the re-use of materials. We must expand the scope of these discussions to include new, resource-efficient business models and the comprehensive transformation of value chains and industrial structures. Our analysis has found that digitalisation is indispensable for this transformation if used properly. We hope this report will provide the impetus needed to kick-start a climate- and resource-friendly industrial transformation in Germany. Here, we have incorporated the findings of our interdisciplinary workshop on "Shaping the Digital-Ecological Industrial Transformation - Business Models and Political Framework Conditions for Climate and Resource Protection" that was attended by experts from international research institutes, civil organizations, public authorities, and private companies.

Description: Between 2003-2016, the Greenland ice sheet (GrIS) was one of the largest contributors to sea level rise, as it lost about 255 Gt of ice per year. This mass loss slowed in 2017 and 2018 to about 100 Gt yr−1. Here we examine further changes in rate of GrIS mass loss, by analyzing data from the GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment – Follow On) satellite mission, launched in May 2018. Using simulations with regional climate models we show that the mass losses observed in 2017 and 2018 by the GRACE and GRACE-FO missions are lower than in any other two year period between 2003 and 2019, the combined period of the two missions. We find that this reduced ice loss results from two anomalous cold summers in western Greenland, compounded by snow-rich autumn and winter conditions in the east. For 2019, GRACE-FO reveals a return to high melt rates leading to a mass loss of 223 ± 12 Gt month−1 during the month of July alone, and a record annual mass loss of 532 ± 58 Gt yr−1.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2022. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 52(6),(2022): 1191-1204, https://doi.org/10.1175/jpo-d-21-0242.1.

Description: A simplified quasigeostrophic (QG) analytical model together with an idealized numerical model are used to study the effect of uneven ice–ocean stress on the temporal evolution of the geostrophic current under sea ice. The tendency of the geostrophic velocity in the QG model is given as a function of the lateral gradient of vertical velocity and is further related to the ice–ocean stress with consideration of a surface boundary layer. Combining the analytical and numerical solutions, we demonstrate that the uneven stress between the ice and an initially surface-intensified, laterally sheared geostrophic current can drive an overturning circulation to trigger the displacement of isopycnals and modify the vertical structure of the geostrophic velocity. When the near-surface isopycnals become tilted in the opposite direction to the deeper ones, a subsurface velocity core is generated (via geostrophic setup). This mechanism should help understand the formation of subsurface currents in the edge of Chukchi and Beaufort Seas seen in observations. Furthermore, our solutions reveal a reversed flow extending from the bottom to the middepth, suggesting that the ice-induced overturning circulation potentially influences the currents in the deep layers of the Arctic Ocean, such as the Atlantic Water boundary current.

Description: This work was funded by the National Key Research and Development Program of China (Grant 2017YFA0604600), the National Natural Science Foundation of China (Grant 41676019), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Grant 2019B81214), the Postgraduate Research and Practice Innovation Program of Jiangsu Province (Grant KYCX19_0384), and the National Science Foundation (MAS, Grants OPP-1822334, OCE-2122633).

Description: © The Author(s), 2022. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Liu, C.-Z., Dick, H. J. B., Mitchell, R. N., Wei, W., Zhang, Z.-Y., Hofmann, A. W., Yang, J.-F., & Li, Y. Archean cratonic mantle recycled at a mid-ocean ridge. Science Advances, 8(22), (2022): eabn6749, https://doi.org/10.1126/sciadv.abn6749.

Description: Basalts and mantle peridotites of mid-ocean ridges are thought to sample Earth’s upper mantle. Osmium isotopes of abyssal peridotites uniquely preserve melt extraction events throughout Earth history, but existing records only indicate ages up to ~2 billion years (Ga) ago. Thus, the memory of the suspected large volumes of mantle lithosphere that existed in Archean time (〉2.5 Ga) has apparently been lost somehow. We report abyssal peridotites with melt-depletion ages up to 2.8 Ga, documented by extremely unradiogenic 187Os/188Os ratios (to as low as 0.1095) and refractory major elements that compositionally resemble the deep keels of Archean cratons. These oceanic rocks were thus derived from the once-extensive Archean continental keels that have been dislodged and recycled back into the mantle, the feasibility of which we confirm with numerical modeling. This unexpected connection between young oceanic and ancient continental lithosphere indicates an underappreciated degree of compositional recycling over time.

Description: This study was financially supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars 42025201 (to C.-Z.L.), the National Key Research and Development Project of China 2020YFA0714801 (to C.-Z.L.), the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences XDA13010106 (to C.-Z.L.), the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences XDB42020301 (to C.-Z.L.), and NSF grants 2114652 and 1657983 (to H.J.B.D.).

Description: © The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Renfrew, I. A., Pickart, R. S., Vage, K., Moore, G. W. K., Bracegirdle, T. J., Elvidge, A. D., Jeansson, E., Lachlan-Cope, T., McRaven, L. T., Papritz, L., Reuder, J., Sodemann, H., Terpstra, A., Waterman, S., Valdimarsson, H., Weiss, A., Almansi, M., Bahr, F., Brakstad, A., Barrell, C., Brooke, J. K., Brooks, B. J., Brooks, I. M., Brooks, M. E., Bruvik, E. M., Duscha, C., Fer, I., Golid, H. M., Hallerstig, M., Hessevik, I., Huang, J., Houghton, L., Jonsson, S., Jonassen, M., Jackson, K., Kvalsund, K., Kolstad, E. W., Konstali, K., Kristiansen, J., Ladkin, R., Lin, P., Macrander, A., Mitchell, A., Olafsson, H., Pacini, A., Payne, C., Palmason, B., Perez-Hernandez, M. D., Peterson, A. K., Petersen, G. N., Pisareva, M. N., Pope, J. O., Seidl, A., Semper, S., Sergeev, D., Skjelsvik, S., Soiland, H., Smith, D., Spall, M. A., Spengler, T., Touzeau, A., Tupper, G., Weng, Y., Williams, K. D., Yang, X., & Zhou, S. The Iceland Greenland Seas Project. Bulletin of the American Meteorological Society, 100(9), (2019): 1795-1817, doi:10.1175/BAMS-D-18-0217.1.

Description: The Iceland Greenland Seas Project (IGP) is a coordinated atmosphere–ocean research program investigating climate processes in the source region of the densest waters of the Atlantic meridional overturning circulation. During February and March 2018, a field campaign was executed over the Iceland and southern Greenland Seas that utilized a range of observing platforms to investigate critical processes in the region, including a research vessel, a research aircraft, moorings, sea gliders, floats, and a meteorological buoy. A remarkable feature of the field campaign was the highly coordinated deployment of the observing platforms, whereby the research vessel and aircraft tracks were planned in concert to allow simultaneous sampling of the atmosphere, the ocean, and their interactions. This joint planning was supported by tailor-made convection-permitting weather forecasts and novel diagnostics from an ensemble prediction system. The scientific aims of the IGP are to characterize the atmospheric forcing and the ocean response of coupled processes; in particular, cold-air outbreaks in the vicinity of the marginal ice zone and their triggering of oceanic heat loss, and the role of freshwater in the generation of dense water masses. The campaign observed the life cycle of a long-lasting cold-air outbreak over the Iceland Sea and the development of a cold-air outbreak over the Greenland Sea. Repeated profiling revealed the immediate impact on the ocean, while a comprehensive hydrographic survey provided a rare picture of these subpolar seas in winter. A joint atmosphere–ocean approach is also being used in the analysis phase, with coupled observational analysis and coordinated numerical modeling activities underway.

Description: The IGP has received funding from the U.S. National Science Foundation: Grant OCE-1558742; the U.K.’s Natural Environment Research Council: AFIS (NE/N009754/1); the Research Council of Norway: MOCN (231647), VENTILATE (229791), SNOWPACE (262710) and FARLAB (245907); and the Bergen Research Foundation (BFS2016REK01). We thank all those involved in the field work associated with the IGP, particularly the officers and crew of the Alliance, and the operations staff of the aircraft campaign.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2019. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 49(12), (2019): 3127-3143, doi: 10.1175/JPO-D-19-0011.1.

Description: The Intermediate Western Boundary Current (IWBC) transports Antarctic Intermediate Water across the Vitória–Trindade Ridge (VTR), a seamount chain at ~20°S off Brazil. Recent studies suggest that the IWBC develops a strong cyclonic recirculation in Tubarão Bight, upstream of the VTR, with weak time dependency. We herein use new quasi-synoptic observations, data from the Argo array, and a regional numerical model to describe the structure and variability of the IWBC and to investigate its dynamics. Both shipboard acoustic Doppler current profiler (ADCP) data and trajectories of Argo floats confirm the existence of the IWBC recirculation, which is also captured by our Regional Oceanic Modeling System (ROMS) simulation. An “intermediate-layer” quasigeostrophic (QG) model indicates that the ROMS time-mean flow is a good proxy for the IWBC steady state, as revealed by largely parallel isolines of streamfunction ψ⎯ and potential vorticity Q⎯; a ψ⎯−Q⎯ scatter diagram also shows that the IWBC is potentially unstable. Further analysis of the ROMS simulation reveals that remotely generated, westward-propagating nonlinear eddies are the main source of variability in the region. These eddies enter the domain through the Tubarão Bight eastern edge and strongly interact with the IWBC. As they are advected downstream and negotiate the local topography, the eddies grow explosively through horizontal shear production.

Description: We thank Frank O. Smith for copy editing and proofreading this manuscript. This study was financed in part by Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior—CAPES, Brazil—Finance Code 001 and by Projeto REMARSUL (Processo CAPES 88882.158621/2014-01), Projeto VT-Dyn (Processo FAPESP 2015/21729-4) and Projeto SUBMESO (Processo CNPq 442926/2015-4). Rocha was supported by a WHOI Postdoctoral Scholarship.

Description: 2020-06-06

Description: © The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Kwon, Y., Seo, H., Ummenhofer, C. C., & Joyce, T. M. Impact of multidecadal variability in Atlantic SST on winter atmospheric blocking. Journal of Climate, 33(3), (2020): 867-892, doi: 10.1175/JCLI-D-19-0324.1.

Description: Recent studies have suggested that coherent multidecadal variability exists between North Atlantic atmospheric blocking frequency and the Atlantic multidecadal variability (AMV). However, the role of AMV in modulating blocking variability on multidecadal times scales is not fully understood. This study examines this issue primarily using the NOAA Twentieth Century Reanalysis for 1901–2010. The second mode of the empirical orthogonal function for winter (December–March) atmospheric blocking variability in the North Atlantic exhibits oppositely signed anomalies of blocking frequency over Greenland and the Azores. Furthermore, its principal component time series shows a dominant multidecadal variability lagging AMV by several years. Composite analyses show that this lag is due to the slow evolution of the AMV sea surface temperature (SST) anomalies, which is likely driven by the ocean circulation. Following the warm phase of AMV, the warm SST anomalies emerge in the western subpolar gyre over 3–7 years. The ocean–atmosphere interaction over these 3–7-yr periods is characterized by the damping of the warm SST anomalies by the surface heat flux anomalies, which in turn reduce the overall meridional gradient of the air temperature and thus weaken the meridional transient eddy heat flux in the lower troposphere. The anomalous transient eddy forcing then shifts the eddy-driven jet equatorward, resulting in enhanced Rossby wave breaking and blocking on the northern flank of the jet over Greenland. The opposite is true with the AMV cold phases but with much shorter lags, as the evolution of SST anomalies differs in the warm and cold phases.

Description: We gratefully acknowledge support from the NSF Climate and Large-scale Dynamics Program (AGS-1355339) to Y-OK, HS, CCU, and TMJ, the NASA Physical Oceanography Program (NNX13AM59G) to Y-OK, HS, and TMJ, NOAA CPO Climate Variability and Predictability Program (NA13OAR4310139) and DOE CESD Regional and Global Model Analysis Program (DE-SC0019492) to Y-OK, and NSF Physical Oceanography Program (OCE-1419235) to HS. We are very grateful to the three anonymous reviewers and editor Dr. Mingfang Ting, for their thorough and insightful suggestions. The NOAA 20CR dataset was downloaded from the NOAA Earth System Research Laboratory Physical Science Division webpage (https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/20thC_Rean/). Support for the 20CR Project version 2c dataset is provided by the U.S. Department of Energy, Office of Science Biological and Environmental Research (BER), and by the National Oceanic and Atmospheric Administration Climate Program Office. The HadISST dataset was downloaded from the U.K. Met Office Hadley Centre webpage (https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadisst/). The ERA-20C dataset was downloaded from the ECMWF webpage (https://apps.ecmwf.int/datasets/data/era20c-daily/). The ERSST5 dataset was provided by the NOAA Earth System Research Laboratory Physical Science Division (https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.noaa.ersst.v5.html).

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(2), (2020): 415-437, doi:10.1175/JPO-D-19-0019.1.

Description: Results are presented from two dye release experiments conducted in the seasonal thermocline of the Sargasso Sea, one in a region of low horizontal strain rate (~10−6 s−1), the second in a region of intermediate horizontal strain rate (~10−5 s−1). Both experiments lasted ~6 days, covering spatial scales of 1–10 and 1–50 km for the low and intermediate strain rate regimes, respectively. Diapycnal diffusivities estimated from the two experiments were κz = (2–5) × 10−6 m2 s−1, while isopycnal diffusivities were κH = (0.2–3) m2 s−1, with the range in κH being less a reflection of site-to-site variability, and more due to uncertainties in the background strain rate acting on the patch combined with uncertain time dependence. The Site I (low strain) experiment exhibited minimal stretching, elongating to approximately 10 km over 6 days while maintaining a width of ~5 km, and with a notable vertical tilt in the meridional direction. By contrast, the Site II (intermediate strain) experiment exhibited significant stretching, elongating to more than 50 km in length and advecting more than 150 km while still maintaining a width of order 3–5 km. Early surveys from both experiments showed patchy distributions indicative of small-scale stirring at scales of order a few hundred meters. Later surveys show relatively smooth, coherent distributions with only occasional patchiness, suggestive of a diffusive rather than stirring process at the scales of the now larger patches. Together the two experiments provide important clues as to the rates and underlying processes driving diapycnal and isopycnal mixing at these scales.

Description: Results are presented from two dye release experiments conducted in the seasonal thermocline of the Sargasso Sea, one in a region of low horizontal strain rate (~10−6 s−1), the second in a region of intermediate horizontal strain rate (~10−5 s−1). Both experiments lasted ~6 days, covering spatial scales of 1–10 and 1–50 km for the low and intermediate strain rate regimes, respectively. Diapycnal diffusivities estimated from the two experiments were κz = (2–5) × 10−6 m2 s−1, while isopycnal diffusivities were κH = (0.2–3) m2 s−1, with the range in κH being less a reflection of site-to-site variability, and more due to uncertainties in the background strain rate acting on the patch combined with uncertain time dependence. The Site I (low strain) experiment exhibited minimal stretching, elongating to approximately 10 km over 6 days while maintaining a width of ~5 km, and with a notable vertical tilt in the meridional direction. By contrast, the Site II (intermediate strain) experiment exhibited significant stretching, elongating to more than 50 km in length and advecting more than 150 km while still maintaining a width of order 3–5 km. Early surveys from both experiments showed patchy distributions indicative of small-scale stirring at scales of order a few hundred meters. Later surveys show relatively smooth, coherent distributions with only occasional patchiness, suggestive of a diffusive rather than stirring process at the scales of the now larger patches. Together the two experiments provide important clues as to the rates and underlying processes driving diapycnal and isopycnal mixing at these scales.

Description: 2020-08-06

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of the Atmospheric and Oceanic Technology 37(5), (2020): 789-806, doi:10.1175/JTECH-D-18-0244.1.

Description: Realistic ocean state prediction and its validation rely on the availability of high quality in situ observations. To detect data errors, adequate quality check procedures must be designed. This paper presents procedures that take advantage of the ever-growing observation databases that provide climatological knowledge of the ocean variability in the neighborhood of an observation location. Local validity intervals are used to estimate binarily whether the observed values are considered as good or erroneous. Whereas a classical approach estimates validity bounds from first- and second-order moments of the climatological parameter distribution, that is, mean and variance, this work proposes to infer them directly from minimum and maximum observed values. Such an approach avoids any assumption of the parameter distribution such as unimodality, symmetry around the mean, peakedness, or homogeneous distribution tail height relative to distribution peak. To reach adequate statistical robustness, an extensive manual quality control of the reference dataset is critical. Once the data have been quality checked, the local minima and maxima reference fields are derived and the method is compared with the classical mean/variance-based approach. Performance is assessed in terms of statistics of good and bad detections. It is shown that the present size of the reference datasets allows the parameter estimates to reach a satisfactory robustness level to always make the method more efficient than the classical one. As expected, insufficient robustness persists in areas with an especially low number of samples and high variability.

Description: This study has been conducted using EU Copernicus Marine Service Information and was supported by the European Union within the EU Copernicus Marine Service In Situ phase-I and phase-II contracts led by Ifremer. The publication was also supported by SOERE CTDO2 in France. The Argo data were collected and made freely available by the International Argo Program and the national programs that contribute to it (see http://www.argo.ucsd.edu, http://argo.jcommops.org). The Argo Program is part of the Global Ocean Observing System (http://doi.org/10.17882/42182). The marine mammal data were collected and made freely available by the International MEOP Consortium and the national programs that contribute to it (see http://www.meop.net; https://doi.org/10.17882/45461). Aleix Gelabert and Dídac Costa were the skippers of the OPOO, sponsored by the Intergovernmental Oceanographic Commission (UNESCO) and Pharmaton. The BWR is a periodic oceanic race organized by the Fundació Navegació Oceànica de Barcelona (FNOB). Reviewer D. Briand provided some useful comments on the final version of the draft paper before submission.

Description: 2020-11-04

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(5), (2020): 1245-1263, doi:10.1175/JPO-D-19-0213.1.

Description: We use laboratory experiments and theoretical modeling to investigate the surface expression of a subglacial discharge plume, as occurs at many fjords around Greenland. The experiments consider a fountain that is released vertically into a homogeneous fluid, adjacent either to a vertical or a sloping wall, that then spreads horizontally at the free surface before sinking back to the bottom. We present a model that separates the fountain into two separate regions: a vertical fountain and a horizontal, negatively buoyant jet. The model is compared to laboratory experiments that are conducted over a range of volume fluxes, density differences, and ambient fluid depths. It is shown that the nondimensionalized length, width, and aspect ratio of the surface expression are dependent on the Froude number, calculated at the start of the negatively buoyant jet. The model is applied to observations of the surface expression from a Greenland subglacial discharge plume. In the case where the discharge plume reaches the surface with negative buoyancy the model can be used to estimate the discharge properties at the base of the glacier.

Description: We gratefully acknowledge technical assistance from Anders Jensen and thank anonymous reviewers for improving the clarity of the manuscript. CM thanks the Weston Howard Jr. Scholarship for funding. Support to CC was given by NSF project OCE-1434041 and OCE-1658079.

Description: 2020-10-27

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(3), (2020): 679-694, doi:10.1175/JPO-D-19-0218.1.

Description: The zonally integrated flow in a basin can be separated into the divergent/nondivergent parts, and a uniquely defined meridional overturning circulation (MOC) can be calculated. For a basin with significant volume exchange at zonal open boundaries, this method is competent in removing the components associated with the nonzero source terms due to zonal transports at open boundaries. This method was applied to the zonally integrated flow in the Indian Ocean basin extended all the way to the Antarctic by virtue of the ECCO dataset. The contributions due to two major zonal flow systems at open boundaries, the Indonesian Throughflow (ITF) and the Antarctic Circumpolar Current (ACC), were well separated from the rotational flow component, and a nondivergent overturning circulation pattern was identified. Comparisons with previous studies on the MOC of the Indian Ocean in different seasons showed overall consistency but with refinements in details to the south of the entry of the ITF, reflecting the influence of ITF on the MOC pattern in the domain. Other options of decomposition are also examined.

Description: LH was supported by the National Basic Research Program of China through Grant 2019YFA0606703 and “The Fundamental Research Funds of Shandong University” (2019GN051). The authors thank the anonymous reviewers and the editor for their constructive comments. Code availability: The Matlab code that performs the decomposition and produces some figures in this paper is available at https://github.com/lei-han-SDU/IMOC/.

Description: 2020-09-02

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(9), (2020): 2491-2506, doi:10.1175/JPO-D-20-0056.1.

Description: An idealized two-layer shallow water model is applied to the study of the dynamics of the Arctic Ocean halocline. The model is forced by a surface stress distribution reflective of the observed wind stress pattern and ice motion and by an inflow representing the flow of Pacific Water through Bering Strait. The model reproduces the main elements of the halocline circulation: an anticyclonic Beaufort Gyre in the western basin (representing the Canada Basin), a cyclonic circulation in the eastern basin (representing the Eurasian Basin), and a Transpolar Drift between the two gyres directed from the upwind side of the basin to the downwind side of the basin. Analysis of the potential vorticity budget shows a basin-averaged balance primarily between potential vorticity input at the surface and dissipation at the lateral boundaries. However, advection is a leading-order term not only within the anticyclonic and cyclonic gyres but also between the gyres. This means that the eastern and western basins are dynamically connected through the advection of potential vorticity. Both eddy and mean fluxes play a role in connecting the regions of potential vorticity input at the surface with the opposite gyre and with the viscous boundary layers. These conclusions are based on a series of model runs in which forcing, topography, straits, and the Coriolis parameter were varied.

Description: This study was supported by National Science Foundation Grant OPP-1822334. Comments and suggestions from two anonymous referees greatly helped to improve the paper.

Description: 2021-02-17

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Bulletin of the American Meteorological Society 101(6), (2020): E897-E904, doi:10.1175/BAMS-D-19-0047.1.

Description: Over the past 15 years, numerous studies have suggested that the sinking branches of Earth’s Hadley circulation and the associated subtropical dry zones have shifted poleward over the late twentieth century and early twenty-first century. Early estimates of this tropical widening from satellite observations and reanalyses varied from 0.25° to 3° latitude per decade, while estimates from global climate models show widening at the lower end of the observed range. In 2016, two working groups, the U.S. Climate Variability and Predictability (CLIVAR) working group on the Changing Width of the Tropical Belt and the International Space Science Institute (ISSI) Tropical Width Diagnostics Intercomparison Project, were formed to synthesize current understanding of the magnitude, causes, and impacts of the recent tropical widening evident in observations. These working groups concluded that the large rates of observed tropical widening noted by earlier studies resulted from their use of metrics that poorly capture changes in the Hadley circulation, or from the use of reanalyses that contained spurious trends. Accounting for these issues reduces the range of observed expansion rates to 0.25°–0.5° latitude decade‒1—within the range from model simulations. Models indicate that most of the recent Northern Hemisphere tropical widening is consistent with natural variability, whereas increasing greenhouse gases and decreasing stratospheric ozone likely played an important role in Southern Hemisphere widening. Whatever the cause or rate of expansion, understanding the regional impacts of tropical widening requires additional work, as different forcings can produce different regional patterns of widening.

Description: We thank U.S. CLIVAR and ISSI for funding the two working groups. We thank all members of the working groups for helpful discussions, and the U.S. CLIVAR and ISSI offices and their sponsoring agencies (NASA, NOAA, NSF, DOE, ESA, Swiss Confederation, Swiss Academy of Sciences, and University of Bern) for supporting these groups and activities.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(4), (2020): 887-905, doi:10.1175/JPO-D-19-0110.1.

Description: The Equatorial Undercurrent (EUC) encounters the Galápagos Archipelago on the equator as it flows eastward across the Pacific. The impact of the Galápagos Archipelago on the EUC in the eastern equatorial Pacific remains largely unknown. In this study, the path of the EUC as it reaches the Galápagos Archipelago is measured directly using high-resolution observations obtained by autonomous underwater gliders. Gliders were deployed along three lines that define a closed region with the Galápagos Archipelago as the eastern boundary and 93°W from 2°S to 2°N as the western boundary. Twelve transects were simultaneously occupied along the three lines during 52 days in April–May 2016. Analysis of individual glider transects and average sections along each line show that the EUC splits around the Galápagos Archipelago. Velocity normal to the transects is used to estimate net horizontal volume transport into the volume. Downward integration of the net horizontal transport profile provides an estimate of the time- and areal-averaged vertical velocity profile over the 52-day time period. Local maxima in vertical velocity occur at depths of 25 and 280 m with magnitudes of (1.7 ± 0.6) × 10−5 m s−1 and (8.0 ± 1.6) × 10−5 m s−1, respectively. Volume transport as a function of salinity indicates that water crossing 93°W south (north) of 0.4°S tends to flow around the south (north) side of the Galápagos Archipelago. Comparisons are made between previous observational and modeling studies with differences attributed to effects of the strong 2015/16 El Niño event, the annual cycle of local winds, and varying longitudes between studies of the equatorial Pacific.

Description: This work was supported by National Science Foundation (Grants OCE-1232971 and OCE-1233282) and the NASA Earth and Space Science Fellowship Program (Grant 80NSSC17K0443).

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(10), (2020): 2849-2871, https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0086.1.

Description: The structure, transport, and seasonal variability of the West Greenland boundary current system near Cape Farewell are investigated using a high-resolution mooring array deployed from 2014 to 2018. The boundary current system is comprised of three components: the West Greenland Coastal Current, which advects cold and fresh Upper Polar Water (UPW); the West Greenland Current, which transports warm and salty Irminger Water (IW) along the upper slope and UPW at the surface; and the Deep Western Boundary Current, which advects dense overflow waters. Labrador Sea Water (LSW) is prevalent at the seaward side of the array within an offshore recirculation gyre and at the base of the West Greenland Current. The 4-yr mean transport of the full boundary current system is 31.1 ± 7.4 Sv (1 Sv ≡ 106 m3 s−1), with no clear seasonal signal. However, the individual water mass components exhibit seasonal cycles in hydrographic properties and transport. LSW penetrates the boundary current locally, through entrainment/mixing from the adjacent recirculation gyre, and also enters the current upstream in the Irminger Sea. IW is modified through air–sea interaction during winter along the length of its trajectory around the Irminger Sea, which converts some of the water to LSW. This, together with the seasonal increase in LSW entering the current, results in an anticorrelation in transport between these two water masses. The seasonality in UPW transport can be explained by remote wind forcing and subsequent adjustment via coastal trapped waves. Our results provide the first quantitatively robust observational description of the boundary current in the eastern Labrador Sea.

Description: A.P., R.S.P., F.B., D.J.T., and A.L.R. were funded by Grants OCE-1259618 and OCE-1756361 from the National Science Foundation. I.L.B, F.S., and J.H. were supported by U.S. National Science Foundation Grants OCE-1258823 and OCE-1756272. Mooring data from MA2 was funded by the European Union 7th Framework Programme (FP7 2007-2013) under Grant 308299 (NACLIM) and the Horizon 2020 research and innovation program under Grant 727852 (Blue-Action). J.K. and M.O. acknowledge EU Horizon 2020 funding Grants 727852 (Blue-action) and 862626 (EuroSea) and from the German Ministry of Research and Education (RACE Program). G.W.K.M. acknowledges funding from the Natural Sciences and Engineering Research Council.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Bulletin of the American Meteorological Society 101(11), (2020): E1996-E2004, https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0305.1.

Description: A long-standing challenge in oceanography is the observing, modeling, and prediction of vertical transport, which links the sunlit and atmospherically mediated surface boundary layer with the deeper ocean. Vertical motions play a critical role in the exchange of heat, freshwater, and biogeochemical tracers between the surface and the ocean interior. The most intense vertical velocities occur at horizontal scales less than 10 km, making them difficult to observe in the ocean and to resolve in models. Understanding how finescale turbulent motions and 0.1–10 km submesoscale processes contribute to the large-scale budgets of nutrients, oxygen, carbon, and heat and affect sea surface temperature, the air–sea exchange of gases, and the carbon cycle is one of the key challenges in oceanography.

Description: CALYPSO is a Departmental Research Initiative (DRI) funded by the U.S. Office of Naval Research (ONR). It is a collaborative program involving more than 30 scientists and students and multiple institutions in the United States, Spain, and Italy. Measurements were conducted from the NRV Alliance, Pourquoi Pas?, and SOCIB. We are grateful to the captains and crews of these research vessels and the technical and scientific staff involved in making measurements, running models, analyzing data, and providing support.

Description: 2021-05-01

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(4), (2020): 1045-1064, doi:10.1175/JPO-D-19-0137.1.

Description: Three simulations of the circulation in the Gulf of Mexico (the “Gulf”) using different numerical general circulation models are compared with results of recent large-scale observational campaigns conducted throughout the deep (〉1500 m) Gulf. Analyses of these observations have provided new understanding of large-scale mean circulation features and variability throughout the deep Gulf. Important features include cyclonic flow along the continental slope, deep cyclonic circulation in the western Gulf, a counterrotating pair of cells under the Loop Current region, and a cyclonic cell to the south of this pair. These dominant circulation features are represented in each of the ocean model simulations, although with some obvious differences. A striking difference between all the models and the observations is that the simulated deep eddy kinetic energy under the Loop Current region is generally less than one-half of that computed from observations. A multidecadal integration of one of these numerical simulations is used to evaluate the uncertainty of estimates of velocity statistics in the deep Gulf computed from limited-length (4 years) observational or model records. This analysis shows that the main deep circulation features identified from the observational studies appear to be robust and are not substantially impacted by variability on time scales longer than the observational records. Differences in strengths and structures of the circulation features are identified, however, and quantified through standard error analysis of the statistical estimates using the model solutions.

Description: This work was supported by the Gulf Research Program of the National Academy of Sciences under Awards 2000006422 and 2000009966. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the Gulf Research Program or the National Academy of Sciences. The authors acknowledge the GLORYS project for providing the ocean reanalysis data used in the ROMS simulation. GLORYS is jointly conducted by MERCATOR OCEAN, CORIOLIS, and CNRS/INSU. Installation, recovery, data acquisition, and processing of the CANEK group current-meter moorings were possible because of CICESE-PetróleosMexicanos Grant PEP-CICESE 428229851 and the dedicated work of the crew of the B/O Justo Sierra and scientists of the CANEK group. The authors thank Dr. Aljaz Maslo, CICESE, for assistance with analysis of model data. The Bureau of Ocean Energy Management (BOEM), U.S. Dept. of the Interior, provided funding for the Lagrangian Study of the Deep Circulation in the Gulf of Mexico and the Observations and Dynamics of the Loop Current study. HYCOM simulation data are available from the HYCOM data server (https://www.hycom.org/data/goml0pt04/expt-02pt2), MITgcm data are available from the ECCO data server (http://ecco.ucsd.edu/gom_results2.html), and the ROMS simulation data are available from GRIIDC (NA.x837.000:0001).

Description: This paper is not subject to U.S. copyright. The definitive version was published in Sherwood, C. R., van Dongeren, A., Doyle, J., Hegermiller, C. A., Hsu, T.-J., Kalra, T. S., Olabarrieta, M., Penko, A. M., Rafati, Y., Roelvink, D., van der Lugt, M., Veeramony, J., & Warner, J. C. Modeling the morphodynamics of coastal responses to extreme events: what shape are we in? Annual Review of Marine Science, 14, (2022): 457–492, https://doi.org/10.1146/annurev-marine-032221-090215.

Description: This review focuses on recent advances in process-based numerical models of the impact of extreme storms on sandy coasts. Driven by larger-scale models of meteorology and hydrodynamics, these models simulate morphodynamics across the Sallenger storm-impact scale, including swash,collision, overwash, and inundation. Models are becoming both wider (as more processes are added) and deeper (as detailed physics replaces earlier parameterizations). Algorithms for wave-induced flows and sediment transport under shoaling waves are among the recent developments. Community and open-source models have become the norm. Observations of initial conditions (topography, land cover, and sediment characteristics) have become more detailed, and improvements in tropical cyclone and wave models provide forcing (winds, waves, surge, and upland flow) that is better resolved and more accurate, yielding commensurate improvements in model skill. We foresee that future storm-impact models will increasingly resolve individual waves, apply data assimilation, and be used in ensemble modeling modes to predict uncertainties.

Description: All authors except D.R. were partially supported by the IFMSIP project, funded by US Office of Naval Research grant PE 0601153N under contracts N00014-17-1-2459 (Deltares), N00014-18-1-2785 (University of Delaware), N0001419WX00733 (US Naval Research Laboratory, Monterey), N0001418WX01447 (US Naval Research Laboratory, Stennis Space Center), and N0001418IP00016 (US Geological Survey). C.R.S., C.A.H., T.S.K., and J.C.W. were supported by the US Geological Survey Coastal/Marine Hazards and Resources Program. A.v.D. and M.v.d.L. were supported by the Deltares Strategic Research project Quantifying Flood Hazards and Impacts. M.O. acknowledges support from National Science Foundation project OCE-1554892.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2022. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 52(10), (2022): 2431-2444, https://doi.org/10.1175/jpo-d-22-0024.1.

Description: A three-dimensional inertial model that conserves quasigeostrophic potential vorticity is proposed for wind-driven coastal upwelling along western boundaries. The dominant response to upwelling favorable winds is a surface-intensified baroclinic meridional boundary current with a subsurface countercurrent. The width of the current is not the baroclinic deformation radius but instead scales with the inertial boundary layer thickness while the depth scales as the ratio of the inertial boundary layer thickness to the baroclinic deformation radius. Thus, the boundary current scales depend on the stratification, wind stress, Coriolis parameter, and its meridional variation. In contrast to two-dimensional wind-driven coastal upwelling, the source waters that feed the Ekman upwelling are provided over the depth scale of this baroclinic current through a combination of onshore barotropic flow and from alongshore in the narrow boundary current. Topography forces an additional current whose characteristics depend on the topographic slope and width. For topography wider than the inertial boundary layer thickness the current is bottom intensified, while for narrow topography the current is wave-like in the vertical and trapped over the topography within the inertial boundary layer. An idealized primitive equation numerical model produces a similar baroclinic boundary current whose vertical length scale agrees with the theoretical scaling for both upwelling and downwelling favorable winds.

Description: This research is supported in part by the China Scholarship Council (201906330102). H. G. is financially supported by the China Scholarship Council to study at WHOI for 2 years as a guest student. M.S. is supported by the National Science Foundation Grant OCE-1922538. Z. C. is supported by the ‘Taishan/Aoshan’ Talents program (2017ASTCPES05) the Fundamental Research Funds for the Central Universities (202072001).

Description: 2023-03-30

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2022. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 52(10), (2022): 2325–2341, https://doi.org/10.1175/jpo-d-21-0015.1.

Description: The ocean surface boundary layer is a gateway of energy transfer into the ocean. Wind-driven shear and meteorologically forced convection inject turbulent kinetic energy into the surface boundary layer, mixing the upper ocean and transforming its density structure. In the absence of direct observations or the capability to resolve subgrid-scale 3D turbulence in operational ocean models, the oceanography community relies on surface boundary layer similarity scalings (BLS) of shear and convective turbulence to represent this mixing. Despite their importance, near-surface mixing processes (and ubiquitous BLS representations of these processes) have been undersampled in high-energy forcing regimes such as the Southern Ocean. With the maturing of autonomous sampling platforms, there is now an opportunity to collect high-resolution spatial and temporal measurements in the full range of forcing conditions. Here, we characterize near-surface turbulence under strong wind forcing using the first long-duration glider microstructure survey of the Southern Ocean. We leverage these data to show that the measured turbulence is significantly higher than standard shear-convective BLS in the shallower parts of the surface boundary layer and lower than standard shear-convective BLS in the deeper parts of the surface boundary layer; the latter of which is not easily explained by present wave-effect literature. Consistent with the CBLAST (Coupled Boundary Layers and Air Sea Transfer) low winds experiment, this bias has the largest magnitude and spread in the shallowest 10% of the actively mixing layer under low-wind and breaking wave conditions, when relatively low levels of turbulent kinetic energy (TKE) in surface regime are easily biased by wave events.

Description: This paper is VIMS Contribution 4103. Computational resources were provided by the VIMS Ocean-Atmosphere and Climate Change Research Fund. AUSSOM was supported by the OCE Division of the National Science Foundation (1558639).

Description: On the basis of a literature research, this subtask develops a conceptional framework for a common understanding of CE within the project team and for the following work packages and tasks. After a brief introduction into the objectives and the context of a circular economy, a more elaborated look into the necessity of an explicit understanding of CE, the objectives, the spatial perspective of CE and the specific challenges within the CICERONE context will be done, in order to develop a basis for a common understanding within the project context. Circular economy can and has to be understood as an (eco-)innovation agenda. Therefore, the paper investigates the role policy has to play to support innovation for a CE transition, for creating the framework conditions and why CE has also to be build from the ground up. Finally, the paper looks from two perspectives at emerging trends and business models in a CE to sketch next steps towards the transition in a selection of central sectors. Conclusions are drawn on the basis of the insights gained by the preceding chapters.

Description: The key objective of this deliverable is to gain insights on and assess how CE is being implemented and R&I is being funded at regional level, e.g., via the RIS3 strategy and Structural Funds. As such it sets the scope for the project and provides the background against which programmes and measures can be understood, assessed, developed and recommended in succinct tasks and work packages. The objective of this report is to provide a concise overview of the current R&I priorities, as expressed in running and newly introduced funding and legislative measures with respect to Circular Economy in European countries and regions.

Description: A main goal of this study - which also functions as deliverable 210078-D07 of the Circular Economy Beacons (CEB) project - is to evaluate currently available frameworks that measure and operationalise Circular Economy (CE), with a particular focus on the urban context. The regional focus lies on the Western Balkan region, which is at the centre of the project. Such "Urban Circularity Hotspot Frameworks" (UCHF) aim at providing decision support for policy makers, companies, citizens etc. regarding the transition to CE within cities. Based on the analysis of different frameworks, suggestions are derived regarding UCHF suitable for the specific characteristics of Western Balkan municipalities, i.e. a Circular Economy Beacons Urban Circularity Hotspot Framework (CEB-UCHF) ready for short-term implementation.

Description: Im Auftrag der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Bayerischen Landtag haben Forschende des Wuppertal Instituts wissenschaftlich überprüft, wie viele Treibhausgas-Emissionen im Jahr 2030 bestimmte landespolitische Klimaschutz-Maßnahmen potenziell einsparen können. Die vorliegende Studie schätzt dabei sowohl die Effekte der Maßnahmen auf die insgesamt verursachten Treibhausgas-Emissionen (Verursacherprinzip) als auch auf die in Bayern selbst statistisch erfassten Emissionen (Quellenprinzip) ab. Die Maßnahmen adressieren die folgenden fünf Bereiche: 1) Gebäude und Verkehrsmittel im Besitz der öffentlichen Hand. 2) Ausbau der Windenergie und Photovoltaik. 3) Energieeffizienz im Gebäudesektor. 4) Energieeffizienz und Verkehrsverlagerung im Transportsektor. 5) Landwirtschaft und Landnutzung. Zwei Beispiele der untersuchten Maßnahmen sind Verbesserungen der Rahmenbedingungen für den Bau neuer Windenergieanlagen und eine stärkere Nutzung des industriellen Abwärmepotenzials.

Description: A sectoral perspective can help the Global Stocktake (GST) to effectively achieve its objective to inform Parties' in enhancing subsequent NDCs and in enhancing international cooperation. Specifically, granular and actionable sectoral lessons, grounded in country-driven assessments, should be identified and elaborated. To be effective, conversations on sectoral transformations need to synthesise key challenges and opportunities identified in the national analyses and link them to international enablers; focus on systemic interdependencies, involve diverse actors, and be thoroughly prepared including by pre-scoping points of convergences and divergence across transformations. We specifically recommend that: the co-facilitators of the Technical Dialogue use their (limited) mandate to facilitate an effective conversationon sectoral transformations e.g. by organising dedicated informal seminars in between formal negotiation sessions; key systemic transformations necessary toachieve net-zero by mid-century should be spelled out and included in the final decision or political declaration of the GST; and the political outcome of the GST should mandate follow-up processes at the regional level and encourage national-level conversations to translate the collective messages from GST into actionable and sector-specific policy recommendations.

Description: Die Bauindustrie und die Immobilienwirtschaft gehören zu den ressourcenintensivsten Sektoren der heutigen Zeit. Jährlich werden Millionen Tonnen mineralischer Rohstoffe, Metalle, Holz, Kunststoff, Glas und anderen Materialien für die Erstellung und Sanierung von Wohngebäuden genutzt. Auch die Herstellung von Zement ist als ein Hauptbestandteil von Beton mit enormen Treibhausgas-Emissionen verbunden. Der Neubau, die Sanierung und der Abriss von Gebäuden sorgt zudem für große Mengen Bau- und Abbruchabfälle. Für die Immobilienwirtschaft stellt sich daher die Frage, wie sie ihren Gebäudebestand ökologisch optimieren kann. Doch was wiegt ökologisch stärker: der Mehrbedarf an Rohstoffen und die anfallenden Abfallmengen bei Abriss und Neubau oder die ressourcenintensivere Nutzungsphase von sanierten Bestandsgebäuden, wenn deren energetische Qualität niedriger ist als bei Neubauten? Vor diesem Hintergrund hat das Wohnungsunternehmen LEG das Wuppertal Institut beauftragt, anhand von drei exemplarischen LEG-Gebäuden die energetische Gebäudesanierungen im Vergleich zur Alternative eines Abrisses und Neubaus ökologisch zu bewerten. Im Fokus der Untersuchung standen dabei der Primärenergieverbrauch, die damit verbundenen Treibhausgas-Emissionen der Nutzungsphase sowie die gespeicherte Graue Energie der Gebäude und den hiermit verbundenen Treibhausgas-Emissionen. Nun liegen die Studienergebnisse vor: Wird der gesamte Lebenszyklus berücksichtigt, verursacht die energetische Sanierung nur die Hälfte der CO2-Fußabdrücke eines Neubaus. Um das Ziel zu erreichen, müsse der Weg zur Elektrifizierung von Heizsystemen noch beschleunigt und damit die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern verringert werden. Zwar gleicht der Neubau das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage aus und hat damit einen sozialen Wert, eine Alternative zur Sanierung in Beständen ist er aus ökologischer Sicht allerdings nicht.

Description: Große Erzählungen im Engelsjahr 2020 handeln von der Textilindustrie gestern und heute. Die vorliegenden kleinen Erzählungen spielen in anderen textilen Welten und jenseits der großen Fabriken. Von ihnen erzählt Friedrich Engels nicht. Dem Erzählten und Nicht-Erzählten auf der Spur finden wir schließlich heraus, dass auch zu Friedrich Engels selbst in einer bestimmten Weise erzählt - und nicht erzählt wird.

Description: Despite a strong connection between the Paris Agreement and the 2030 Agenda for Sustainable Development, climate change mitigation actions and sustainable development objectives are oftentimes not aligned efficiently, causing conflicts between the objectives. This thesis creates a systematic overview of conflicts of three renewable energy technologies with the Sustainable Development Goals (SDGs) by a literature review in Web of Science. The technologies solar energy, wind energy and hydropower function as examples for climate change mitigation actions. Out of 530 screened articles, 63 demonstrated conflicts. The systematic overview reveals that conflicts are different for each technology, but conflicts in regard to biodiversity loss and the degradation of natural habitats (SDG 15) and inequalities (SDG 10) were frequently identified for all technologies. The results of the systematic overview suggest that the site selection and the decision-making process on the construction of renewable energy projects are crucial stages to avoid conflicts with the SDGs.

Description: Die Emscher-Lippe Region ist seit vielen Jahren von einer intensiven wirtschaftlichen Transformation geprägt. Die fortschreitende De-Industrialisierung bzw. die Neuorientierung der Industrie nach dem Wegfall der Kohle- und Stahlindustrie stellt regionale Entscheidungsträger vor große Herausforderungen, wenn es darum geht, der hohen Arbeitslosenquote zu begegnen, Beschäftigungsquoten zu sichern, mit der prekären Finanzsituation in den kommunalen Haushalten umzugehen und den Wirtschaftsstandort zu stabilisieren und neu aufzustellen. Der Strukturwandel der Region ist mit Schließung der letzten Steinkohle-Zeche Ende 2018 nicht abgeschlossen, sondern geht mit dem Kohleausstieg im Energiesektor in eine zweite Phase. Dies sollte auch als Chance verstanden werden, den Wirtschaftsstandort Emscher-Lippe mit seinen energiereichen Industrien innovativ neu zu gestalten und die Region sowohl energetisch, als auch stofflich von der Nutzung fossiler Träger abzukoppeln. Eine wichtige Säule der regionalen Wirtschaftsförderung besteht darin, strategische Netzwerke und regionale Wertschöpfungsketten zu stärken, um die in der Region ansässigen (mittelständischen) Unternehmen zu unterstützen und den Strukturwandel innerhalb der dominierenden Industrien aus den Bereichen Energieerzeugung und chemischer Industrie zu begleiten. Die vorliegende Studie bereitet auf, welche Bedeutung die Wasserstoffwirtschaft in der Emscher-Lippe Region in diesem Zusammenhang derzeit spielt und zukünftig spielen könnte.

Description: Autowerke stellen ihre Produktion ein, die Börse stürzt ab, überall sieht man leere Straßen und Cafés und plötzlich ist Homeoffice für einen Großteil der arbeitenden Bevölkerung in Deutschland die Empfehlung oder gar eine Vorgabe. Die Corona-Pandemie bestimmt unseren derzeitigen Alltag und trifft Deutschland, Europa und die Welt zu einer Zeit, in der es ohnehin eine Vielzahl an gewaltigen Herausforderungen zu lösen gilt. Wirtschaftliche Hilfen sind während und im Nachgang einer solchen Krise unerlässlich, primär gilt aber die Konzentration auf die Verhinderung der ungebremsten Ausbreitung der Pandemie und auf die Begrenzung der gesundheitlichen Folgen. Zur Überwindung der langfristigen wirtschaftlichen Folgen derart disruptiver Entwicklungen sind Konjunkturprogramme und strukturelle Hilfen ein probates Mittel. Sie dürfen aber nicht nach dem "Gießkannenprinzip" verteilt werden, finanzielle Unterstützung muss zukunftsgerichtet für dringend notwendige Investitionen erfolgen. Ziel muss sein, damit erforderliche nachhaltige Transformationsprozesse innerhalb unserer Wirtschaft und Gesellschaft wie den Klimaschutz voranzutreiben. Die Vorbereitungen dazu müssten jetzt schon getroffen werden, sagen Manfred Fischedick und Uwe Schneidewind. Welche Kriterien und Maßnahmen es dafür braucht, zeigt ihr vorliegendes Diskussionspapier.

Description: Urbane Räume sehen sich verschiedenen ökologischen, sozialen und ökonomischen Herausforderungen gegenüber, für deren Bewältigung es unter anderem neue bzw. veränderte Handlungs- und Planungsansätze bedarf. Der Klimawandel mit seinen räumlich wirksamen Folgewirkungen ist eine der zentralen ökologischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Städte sind dabei sowohl Verursacher des Klimawandels als auch Betroffene. Sie sind Wohnort, Heimat, Arbeits- und Produktionsstätte. Durch ihre hohe Bevölkerungsdichte und durch die Agglomeration ökonomischen Kapitals sind Städte aber auch stark durch Extremereignisse wie Starkniederschläge und Hitzeperioden gefährdet. Grüne Infrastrukturen können daher nicht nur eine Strategie sein, um sich gegen die Klimawandelfolgen anzupassen, sondern bieten gleichzeitig das Potenzial für neue Lebensräume, um so das Artensterben zu mindern bzw. zu stoppen. Die vorliegende Konzeptstudie widmet sich der Frage, wie Straßen im Sinne des genannten Zieldreiecks weiterentwickelt und gestaltet werden können, d.h. wie eine Transformation urbaner Quartiersstraßen hin zu "lebenswerten" Stadt- und Straßenräumen erfolgen kann.

Description: Since urban processes need models of possible futures (referred to as travelling concepts) to drive their development, this study investigates whether planned-from-scratch smart city Kashiwa-no-ha International Campus Town Initiative can produce such an image with its smart governance approach, that is combined with an urban living lab. Using geographical governance research in relation to urban development processes as a framework, this master's thesis derives its own definition of the fuzzy concept of smart governance within the smart city vision based on a socio-geographical understanding of space, here referred to as Smart Urban Governance. Additionally, a set of indicators for the operationalisation of Smart Urban Governance is designed and applied to the case study. Methodologically, the thesis pursues a qualitative approach and, in this context, carries out a descriptive and normative governance analysis of Kashiwa-no-ha on the basis of the existing literature and empirical surveys conducted by the author. In summary, the strong role of academia in the urban planning context of community-building in Kashiwa-no-ha is exemplary and has led to a collaborative code of conduct between the traditional actors, mediated by a public-private-academic partnership, as well as to co-innovation between the city, developers, and citizens in form of a public-private-people partnership. Although the flagship project successfully addresses a large number of the Smart Urban Governance indicators defined in this context, there is potential for improvement, for example, in terms of participation, transparency, inclusion, and public spaces. Since Kashiwa-no-ha Smart City is still in an implementation phase until 2030, the thesis concludes with a forecast and a recommendation for action based on a strengths, weaknesses, opportunities, and threats analysis.

Description: Die gestiegene gesellschaftliche Relevanz von Reallaboren für die Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft wird durch den vermehrten Einbezug von Reallaborkonzepten in verschiedenen politischen Strategien auf nationaler und internationaler Ebene deutlich. Weniger klar ist bisher, wie Reallabore für eine umweltorientierte Digitalpolitik genutzt werden können. Die vorliegende Kurzstudie "Reallabore als umweltbezogenes Politikinstrument" stellt konzeptionelle Grundlagen für Reallabore als Politikinstrument einer transformativen Umweltpolitik dar und leitet Handlungsempfehlungen für den zielgerichteten und wirkungsvollen Einsatz von Reallaboren im Rahmen einer umweltorientierten Digitalpolitik ab. In der Kurzstudie werden im Sinne der Digitalagenda des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Reallabore als "Experimentierräume für digitalbasierte sozialökologische Innovationen, in denen digitale Tools, Anwendungen und neue Kooperationsstrukturen entwickelt und modellhaft getestet werden können" verstanden. Es wird erläutert, dass Reallabore auf bewährten Handlungsansätzen aufbauen und im Kontext einer nachhaltigen Digitalpolitik eine geeignete Ergänzung und Weiterentwicklung bisheriger Umweltpolitik darstellen können. Um Reallabore für digital- und umweltpolitischen Ziele besser zu nutzen, werden die drei folgenden Strategien empfohlen: I) Förderprogramm für Reallabore der nachhaltigen Digitalisierung, II) Wissenstransfer für nachhaltigen Wandel in der Digitalisierung und III) Forschung zur digitalen und partizipativen Entwicklung von rechtlichen und planerischen Politikinstrumenten.

Description: Im vergangenen Jahr waren die Zuwachszahlen im Bereich der Elektromobilität in Deutschland höher als jemals zuvor. Das enorme Wachstum ist vor allem der EU-Verordnung zur Flottenemissionsnorm zu verdanken. Die Elektromobilität hat damit einen wichtigen Schritt gemacht und gezeigt, dass sie das Potenzial hat, den Verbrennungsmotor bald zu verdrängen. Doch allein ein sehr hoher Marktanteil an Elektroautos genügt nicht, um die mittelfristigen deutschen Klimaschutzziele zu erreichen. Dies ist eine der zentralen Aussagen der Autoren des vorliegenden Impulspapiers. Sie empfehlen, dass die Europäische Union Herstellern weiterhin ambitionierte Zielvorgaben für emissionsarme Pkw machen sollte, damit schon im Jahr 2030 annähernd alle neu zugelassenen Pkw elektrisch angetrieben werden. Autos mit Hybridantrieb sind auf diesem Weg maximal eine wichtige Übergangstechnologie. Zentrale Voraussetzung ist zudem, dass die derzeitigen Ladevorgänge erleichtert werden, damit der Umstieg auf Fahrzeuge mit alternativem Antriebskonzept deutlich attraktiver wird.

Description: Welche Perspektiven haben zukunftsfähige und krisenfeste Städte nach der Corona-Pandemie? Antworten darauf skizzieren die Autorinnen und Autoren in dem vorliegenden Diskussionspapier. Ihre zentrale These: Städte der Zukunft müssen und werden "näher", "öffentlicher" und "agiler" sein. Dies erläutern sie anhand dieser drei Dimensionen und konkretisieren es anhand zahlreicher Beispiele.

Description: Gerechter Strukturwandel ist ein von den Gewerkschaften entwickeltes Konzept, das die Notwendigkeit einer ökologisch und sozial nachhaltigen Dekarbonisierung hervorhebt. Diese Masterarbeit wendet das Konzept auf den Braunkohleausstieg in Deutschland an. Der Erfolg des Übergangs hängt davon ab, ob er als gerecht empfunden wird. Den benachteiligten Gruppen im Strukturwandel muss eine Perspektive gegeben werden, um Akzeptanz für den Strukturwandel zu schaffen. Im Rahmen der Masterarbeit werden politische Maßnahmen für eine Governance des "Gerechten Strukturwandels" entwickelt. Die Arbeit basiert auf einer Fallstudie, die von Mai bis Juli 2019 im rheinischen Braunkohlerevier durchgeführt wurde. Methodisch wurde die Anwendung von semi-strukturierten Interviews gewählt. Insgesamt wurden sechs Expertinnen und Experten-Interviews mit Bürgerinitiativen, Gewerkschaften und Vertreterinnen und Vertreter des Landes Nordrhein-Westfalen ausgewertet. Die Ergebnisse belegen die Notwendigkeit politischer Maßnahmen in verschiedenen Bereichen, zum Beispiel: Während Beschäftigten der etablierten Unternehmen der Braunkohleindustrie der Übergang durch eine Reihe von Politikmaßnahmen erleichtert wird, müssen Beschäftigte in Subunternehmen den Strukturwandel weitestgehend alleine bewältigen. Letztere sind einem hohen Risiko ausgesetzt, aufgrund des Braunkohleausstiegs ihre Arbeitsplätze zu verlieren. Weiterhin zeigten die Befragungen, dass Boden im rheinischen Braunkohlerevier zu einer knappen Ressource werden könnte. Infolge des Braunkohleabbaus in der Region befindet sich ein großer Teil des Bodens im Eigentum des Energieversorgers RWE, der das Land durch bergrechtliche Enteignung erhalten hat. Wenn das Land nicht an die Kommunen zurückgegeben wird, wird eine unabhängige wirtschaftliche Neuausrichtung der Region nach dem Kohleabbau wesentlich erschwert. Aus dem Akteurzentrierten Institutionalismus werden Governance-Ansätze abgeleitet, die Lösungsansätze für diese Problemfelder bieten. Die Masterarbeit zeigt unter anderem, wie eine für die Partizipation notwendige Verteilung von Ressourcen einen Gerechten Strukturwandel befördern kann und warum ein integratives regionales Entwicklungskonzept des Landes NRW einer reinen wirtschaftlichen Förderung der Region vorgezogen werden sollte.

Description: Das Fortschreiten des Klimawandels und die Schädigung der Ökosysteme machen deutlich, dass die seit Jahrzehnten international geforderte nachhaltige Entwicklung zu den wichtigsten Herausforderungen gehören. Um die von den Vereinten Nationen in der Agenda 2030 festgeschriebenen Nachhaltigkeitsziele, den sogenannten Sustainable Development Goals (SDGs), zu erreichen, sind alle relevanten Akteurinnen und Akteure - die Politik, die Wirtschaft sowie jede und jeder Einzelne - gefragt. Eine nachhaltige Entwicklung, die zugleich Umweltschonung, stabile wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung sowie soziale Gerechtigkeit berücksichtigt, beruht damit auf der Kompetenz oder auch der "Literacy" der Einzelnen, für sich und im Kollektiv nachhaltiges Handeln auszuüben und im gegenseitigen Miteinander fördern zu können. Doch welche Fähigkeiten sind notwendig, um nachhaltig Handeln zu können? Welche Fähigkeiten brauchen insbesondere Konsumentinnen und Konsumenten, um ihre Produktions- und Konsummuster nachhaltiger (mit-)gestalten zu können? Antworten darauf liefert die "Literacy für nachhaltigen Konsum", die in dem vorliegenden Diskussionspapier entwickelt und vorgestellt wird.

Description: Die Wirtschaftsleistung von Deutschland ist durch die Corona-Pandemie stark beeinträchtigt. Um die Wirtschaft zu beleben, einigten sich die Regierungsparteien am 3. Juni 2020 in ihrem Koalitionsausschuss auf ein "Konjunktur- und Krisenbewältigungspaket" sowie ein "Zukunftspaket" in Höhe von insgesamt 130 Milliarden Euro. Für 2020 und 2021 sind fast 60 Maßnahmen vorgesehen, die von steuerlichen Vergünstigungen bei der Mehrwertsteuer bis hin zu konkreten Investitionen in Zukunftstechnologien reichen. Mit Blick auf den Klimaschutz beinhaltet das Maßnahmenpaket der Großen Koalition zwar gute Ansätze und viele wichtige Impulse, die allerdings zu verpuffen drohen, wenn sie nicht durch eine konsequente und nachhaltig ausgerichtete Klimapolitik flankiert werden. Zudem fehlen für den Klimaschutz wichtige Bereiche, wie Investitionen in die Kreislaufwirtschaft. Außerdem werden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz nur unzureichend berücksichtigt. Gerade in diesen Bereichen hätten sich konjunkturbelebende Effekte und Klimaschutz in idealer Form ergänzen können, kritisiert das Wuppertal Institut. Dieses Diskussionspapier reagiert auf die vorliegenden Vorschläge und fasst zusammen, welche Maßnahmen im Rahmen der jetzt anstehenden Umsetzungsphase nachgebessert werden sollten und wo Ergänzungen notwendig sind.

Description: Durch den "European Green Deal" und den "Circular Economy Action Plan" der Europäischen Union (EU) hat die EU-Produktpolitik 2019 und 2020 neue Impulse erhalten. In beiden Strategiepapieren der Europäischen Kommission wird ein elektronischer bzw. digitaler Produktpass als wesentliches Instrument für eine klimaschonende und ressourceneffiziente Wirtschaft genannt. Dieser soll unter anderem Informationen über Herkunft, Zusammensetzung, Reparatur- und Demontagemöglichkeiten eines Produktes sowie über die Handhabung am Ende seiner Lebensdauer liefern. Auch auf nationaler Ebene wird das Thema "digitaler Produktpass" diskutiert und insbesondere in der Umweltpolitischen Digitalagenda des Bundesumweltministeriums als zentrale Maßnahme genannt. Auch wenn das Thema derzeit stärker in den Mittelpunkt rückt, ist ein breit anwendbarer digitaler Produktpass in der Praxis bislang nicht etabliert. Erste Teilansätze bestehen, die allerdings bislang oftmals nicht durch verpflichtende Standarddatensätze oder zentrale Datenbanken institutionalisiert sind. Entsprechend sind auf politischer Ebene auch noch keine konkreten und umfassenden Konzepte vorhanden, wie ein solcher umfassender Produktpass in Zukunft ausgestaltet und implementiert werden soll. An diesem Punkt setzt diese Kurzstudie an. Sie greift hierbei auch Erfahrungen aus bestehenden Projekten und Initiativen auf, bei denen bereits Erkenntnisse hinsichtlich der (Teil-)Umsetzung von unterschiedlichen Konzepten rund um das Thema Produktpass gewonnen werden konnten. Diese Kurzstudie hat entsprechend das Ziel, den aktuellen Diskussionsstand zum Thema "digitaler Produktpass" kompakt darzustellen und Handlungsoptionen für eine mögliche Umsetzung zu skizzieren. Dabei hat sie nicht den Anspruch und die Möglichkeit ein umfassendes Konzept zu erarbeiten, sondern soll erste Ansätze und Optionen vermitteln, um weitere Diskussionen und Forschungsansätze anzuregen. Insbesondere soll die Kurzstudie Impulse für anschließende Initiativen auf nationaler und europäischer Ebene liefern.

Description: Der hier vorliegende Zukunftsimpuls soll den Grundgedanken der Transformativen Innovationen und ihre Notwendigkeit beschreiben sowie erste Kandidaten für solche Transformativen Innovationen aus diversen Arbeitsbereichen des Wuppertal Instituts vorstellen. Er dient vor allem als Einladung, gemeinsam mit dem Wuppertal Institut über solche Innovationen zu diskutieren, die irgendwo zwischen den großen Utopien und kleinen Nischenaktivitäten liegen. Denn es braucht nicht immer den ganz großen Wurf, um Veränderungen in Gang zu setzen.

Description: Im Zeitalter der Machine Economy ist der maschinelle Dialog allgegenwärtig - das bietet neue Chancen für Nachhaltigkeit, erhöht gleichzeitig aber durch die zugrundeliegenden Technologien auch den Druck auf unsere Umwelt. Internet of Things (IoT), Künstliche Intelligenz (KI) und Distributed Ledger Technology (DLT) sind das technologische Fundament der Machine Economy. Damit verbunden sind Infrastrukturen, Datenströme und Anwendungen, die hohe Energie- sowie Ressourcenaufwände erzeugen. Der derzeitige politische Diskurs sowie die Nachhaltigkeitsforschung fokussieren sich auf Umweltwirkungen durch digitale Infrastrukturen. Daten, Applikationen sowie die Rolle von Akteuren als Treiber der Umweltwirkung werden zu wenig beleuchtet. In diesem Papier sprechen sich die Autorinnen und Autoren für eine "Grüne Governance der Machine Economy" aus. Adressiert werden Annahmen zu systemübergreifenden Treibern von Umweltbelastungen und ihrer Wirkung. Ziel ist es, ein Gesamtsystem nachhaltiger Entscheidungen und ein ökologisches Zusammenspiel aller beteiligten Technologien in der Wertschöpfung zu ermöglichen. Zukünftige Forschung soll die hier vorgestellten Hypothesen weiter ausarbeiten und konkrete Handlungsoptionen für eine Stakeholder übergreifende Roadmap erarbeiten.

Description: Immer mehr Unternehmen verkünden, klimaneutral sein zu wollen und zahlreiche Firmen bieten bereits klimaneutrale Produkte oder Dienstleistungen an: Von der klimaneutralen Paketzustellung bis zur Flugreise. Doch was bedeuten die Neutralitätsziele der Unternehmen genau? Ist das gesetzte Ziel ambitioniert? Und welche Rolle spielt Offsetting, also der Ankauf von Klimaschutzzertifikaten und deren Anrechnung auf das eigene Klimaschutzziel? Die hinter den verkündeten Zielen stehenden Ansätze sind häufig nur schwer nachvollziehbar. Vor diesem Hintergrund gibt der vorliegende Zukunftsimpuls zehn Empfehlungen für die Festlegung und Umsetzung von Neutralitätszielen. Die Autorinnen und Autoren sprechen sich dabei unter anderem für die Nutzung einer robusten Datenbasis als Grundlage für Neutralitätsziele aus, betonen die Bedeutung einer transparenten Kommunikation und zeigen auf, welche Rolle Offsetting spielen sollte. So sollten angekaufte Klimaschutz-Zertifikate einen möglichst begrenzten Beitrag zur Zielerfüllung leisen und ausschließlich zum Ausgleich von Emissionen genutzt werden, die nicht reduziert oder vermieden werden können. Insgesamt sollten Neutralitätsziele nicht zum alleinigen Kriterium für ambitionierten Klimaschutz von Unternehmen gemacht werden, sie stellen vielmehr ein Baustein einer weitaus umfassenderen unternehmerischen Klimaschutzstrategie dar.

Description: Mit der Blockchain - und allgemein mit Distributed-Ledger-Technologien (DLT) - werden große Erwartungen verknüpft, die Prozesse der digitalen Welt des 21. Jahrhunderts neu zu organisieren, effizienter zu gestalten und bislang ungekannte Möglichkeiten für Transaktionen zwischen Beteiligten in Wirtschaft, Gesellschaft und Verwaltung zu ermöglichen. Diese Chancen müssen genutzt werden. Gleichzeitig ist mit der Blockchain-Technologie wie mit allen anderen digitalen Lösungen die Herausforderung verbunden, die Technologien, Anwendungen und zugrundeliegenden Infrastrukturen nachhaltig zu gestalten und an Energieeffizienz, Klimaschutz und Ressourcenschonung auszurichten. Handlungsbedarf besteht auch bei Blockchain-Anwendungen. Der Energieverbrauch des derzeit größten Blockchain-Netzwerks Bitcoin wird auf bis über 130 TWh/Jahr abgeschätzt, womit eine Größenordnung in Höhe des gesamten Jahresstrombedarfs von Ländern wie Argentinien erreicht würde. Blockchain-Anwendungen sind somit schon heute umweltpolitisch relevante Einflussgrößen und die zu erwartende Wachstumsdynamik erhöht den Handlungsdruck. Es ist das Ziel dieser Kurzstudie, geeignete Nachhaltigkeitskriterien zur Bewertung der Energieverbräuche und Umweltwirkungen von Blockchain-Anwendungen zu identifizieren sowie ein erstes Konzept für deren Implementierung bei der Umsetzung und Vergabe staatlich geförderter oder initiierter Projekte vorzuschlagen.

Description: Ernährung ist einer der wichtigen Bereiche für die große Transformation. Doch wie kann eine Umstellung auf ein nachhaltiges Ernährungssystem gelingen? Der vorliegende Zukunftsimpuls setzt sich mit dieser Frage auseinander - basierend auf über zehn Jahren Forschung zu nachhaltiger Ernährung am Wuppertal Institut. Einen Schwerpunkt setzt das Papier auf die Außer-Haus-Gastronomie, denn bereits kleine Umstellungen - etwa in der Zutatenauswahl - haben hier große Wirkung. Mit geeigneten Rahmenbedingungen kann die Außer-Haus-Gastronomie den Konsumierenden als leicht zugänglicher Erlebnisort für nachhaltigere Ernährung dienen und gleichzeitig Landwirtinnen und Landwirten ein zuverlässiger Abnehmer für biodiversitätsschonende und klimafreundliche Lebensmittel sein. Doch für eine Transformation des Ernährungssystems sind auch andere Akteure gefragt: Der Zukunftsimpuls adressiert Politik, (Land-)Wirtschaft, Wissenschaft und jeden und jede Einzelne - denn die Transformation des Ernährungssystems ist eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe.

Description: This paper analyses the potential of digital information technology to enable the reliable provision of product information along the plastics supply chain. The authors investigate the possible contribution of a product passport equipped with decentralised identifiers and verifiable credentials to overcome information deficits and information asymmetry in the circular plastics economy. Through this, high-quality plastics recycling could be enabled on a larger scale than currently possible.

Description: Das vorliegende Papier zeigt, welche Weichen die Politik stellen muss, um den Gebäudebestand bis 2045 klimaneutral zu machen. Im Fokus stehen höhere Effizienzanforderungen für Bestands- und Neubauten, ein schnellerer Ausstieg aus Gas- und Ölheizungen, gleichzeitig aber auch höhere Anreize und bessere Unterstützung für Gebäudebesitzende sowie warmmietenneutrale Sanierungen, um Mietende vor einer Überlastung zu schützen. Dabei müssen bestehende Gebäude so renoviert werden, dass sie ähnlich wie Neubauten kaum noch Energie verbrauchen. Gleichzeitig müssen Heizenergie und Stromversorgung komplett auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Zudem muss durch intelligentere Nutzungskonzepte der Anstieg der Gebäudeflächen gebremst werden. Die kommende Legislaturperiode ist somit entscheidend, damit Klimaneutralität im Gebäudesektor bis spätestens 2045 erreicht werden kann. Dieser Zukunftsimpuls schlägt daher ein 14 Maßnahmen umfassendes und konsistentes Politikpaket vor. Neben den oben genannten Maßnahmen des Förderns und Forderns gehören dazu insbesondere klare Vorgaben für eine bessere energetische Sanierung und ein deutliches Ziel für den Ausstieg aus fossilen Gas- und Ölheizungen, die allen Beteiligten Sicherheit geben. Individuelle Sanierungsfahrpläne für alle heute noch nicht effizienten Gebäude bis spätestens 2028 und kommunale Wärmepläne helfen den Gebäudebesitzenden bei der technischen Entwicklung ihrer Gebäude und der Investitionsplanung. Häufig sind es die nicht-monetären Hemmnisse, die maßgeblich für die geringe Sanierungsrate sind. One-Stop-Shops verringern die Hemmschwelle Maßnahmen umzusetzen. Darüber hinaus wirkt Quartiersmanagement unterstützend und hilft Kräfte zu bündeln.

Description: Die direkte Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft, das sogenannte Direct Air Capture (DAC), wird vermehrt als eine der Möglichkeiten zur Reduzierung von Treibhausgasen und damit der Begrenzung der Klimaerwärmung diskutiert. Vorteilhaft gegenüber anderen technischen Ansätzen zur Entnahme von atmosphärischen CO2 (Negativemissionstechnologien) ist die genaue Planbarkeit, die geringen Auswirkungen auf die Umwelt und die Ausgabe von CO2 in Reinform. Das CO2 kann anschließend dauerhaft gespeichert (Direct Air Capture and Sequestration) oder zur Erzeugung von bspw. synthetischen Brennstoffen (Direct Air Carbon Capture and Utilization) in Power-to-X-Routen (PtX) genutzt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, im Kontext der deutschen Klimaneutralitätsziele bis 2045 beispielhaft eine Auslegung von DAC-Anlagen in Deutschland zu untersuchen. Dabei werden die unterschiedlichen Ressourcenverbräuche (Energie, Wasser, Fläche) sowie Kosten und mögliche Einsparungen durch eine Abwärmenutzung dargestellt und verglichen. Dabei soll diese Arbeit zur Beantwortung der folgenden Forschungsfragen beitragen: Welche technologischen DAC-Ansätze sind für Deutschland realisierbar? Welche Mengen an CO2 müssen in Deutschland umgesetzt werden, um den Bedarf an Negativemission zu decken? Welcher Ressourcenverbrauch entsteht in Deutschland, wenn die betrachteten Fallstudien umgesetzt werden? Welchen Infrastrukturaufwand hat dies zur Folge? Ist eine Implementierung in den notwendigen Größenordnungen realisierbar, und welche Faktoren wirken hierbei beschränkend? Für eine systematische Analyse wurden die DAC-, die PtX- und die elektrischen und Wärmeenergieerzeugungsanlagen modular für die Jahre 2020, 2030, 2040 und 2045 aufbereitet. Die Bezugsgrößen wurden so gewählt, dass sie dem DAC-Modul entsprechen. In vier Fallstudien wurden mögliche Kombinationsmöglichkeiten und Implementierungspfade bis 2045 zusammengestellt, analysiert und diskutiert. Es zeigt sich, dass ein großskaliger Einsatz von DAC in Deutschland realisierbar ist. Zentrale Herausforderungen ergeben sich allerdings aus dem hohen Flächen- und Energiebedarf. Der Flächenbedarf resultiert dabei vor allem aus den flächenintensiven erneuerbaren Energieerzeugern. Mit Fokus auf ertragreiche Standorte sind Nord- und Süddeutschland, mit Blick auf ihr Wind- bzw. Sonnenpotenzial, als vielversprechend bei der Implementierung der DAC- Technologie einzustufen. Eine Implementierung der DAC-Technologie mit dem Ziel der dauerhaften CO2-Speicherung ist an norddeutschen Küstengebieten im Vergleich zu Süddeutschland vorteilhafter. Die Installation der DAC-Technologie in Kombination mit der PtX-Route wird aufgrund des hohen elektrischen Energiebedarfs in Deutschland als nicht realisierbar eingeschätzt.

Description: Eine erfolgreiche Energiewende setzt nicht nur Innovationen voraus, sondern erfordert auch eine aktive Exnovation der fossilen Energieerzeugung. Die vorliegende Masterarbeit zielt deshalb darauf ab, Herausforderungen und Ansatzpunkte für eine Verständigung zwischen Gewerkschaften und Umweltverbänden zur der Zukunft Kohleenergie zu untersuchen. Leitend sind zwei Fragen: Erstens und empirisch: Welche Argumente vertreten Umweltverbände und Gewerkschaften hinsichtlich eines Kohleausstiegs? Zweitens und verbunden mit der gewählten theoretischen Perspektive der Sozialen Ökologie: Welche Bezogenheiten und Trennungen werden zwischen den jeweiligen Verständnissen von Natur, Gesellschaft und Ökonomie in den Argumenten der Akteure sichtbar? Dafür wurde im theoretischen Teil der Arbeit eine sozial-ökologische Perspektive auf die energetische Kohlenutzung und das sogenannte Jobs versus Environment Dilemma erarbeitet. Im empirischen Teil werden mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse über 100 Veröffentlichungen verschiedener Gewerkschaften und Umweltverbände aus dem Zeitraum von Ende 2014 (erster politischer Vorstoß zur Reduzierung der Kohleverstromung) bis Anfang 2019 (Ende der Kommission "Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung") ausgewertet. Als Ergebnis legt die Arbeit die Argumente der Akteure vergleichend dar, zeigt auf, wie sich diese im Verlauf des Untersuchungszeitraums verändern und welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede, Annäherungen und Distanzierungen zwischen den einzelnen Akteuren und Akteursgruppen bestehen. Darauf aufbauend wird der Umgang der Akteure mit dem Jobs versus Environment Dilemma aus der Perspektive der Sozialen Ökologie diskutiert und verglichen. Die Erkenntnisse der Forschungsarbeit legen nahe, dass der gewerkschaftliche Ansatz von Just Transition bzw. "gerechtem" Strukturwandel mit Klima- und Umweltgerechtigkeitskonzepten verknüpft werden muss, um einen umfassenden inter- und intragenerationellen Gerechtigkeitsanspruch zu erfüllen. Damit der Kohleausstieg und weitere Exnovationsprozesse als sozial-ökologische Transformation gestaltet werden können, ist es notwendig, sowohl die aktuelle ökonomische Abhängigkeit von Arbeitenden in betroffenen Branchen zu verstehen als auch den Klimawandel nicht nur als ökologische, sondern auch als soziale und ökonomische Frage anzuerkennen.

Description: Was hat Design mit Umwelt und Nachhaltigkeit zu tun? Die globale Erwärmung und der Klimawandel lassen sich auf verschiedene Ursachen zurückführen. Design, das die Umwelt außen vor lässt, ist einer der Gründe. Viele Produkte und Dienstleistungen verbrauchen nämlich viel Energie und Ressourcen haben auch eine hohe soziale Relevanz - sie sorgen beispielsweise für Teilhabe oder Exklusion. Wie eine Transformation hin zu mehr Nachhaltigkeit in diesem Bereich besser gelingt, fasst der neue "Transition Design Guide" des Wuppertal Instituts und der Folkwang Universität der Künste in Kooperation mit der ecosign - Akademie für Gestaltung Köln und der Bergischen Universität Wuppertal zusammen. Der Leitfaden gibt interessierten Gestaltenden, Entwickelnden, Transformatorinnen und Transformatoren sowie Forschenden in Universitäten, Unternehmen und Kommunen 16 Praxis-Werkzeuge an die Hand, um Produkte, Dienstleistungen, soziale Räume oder andere Erfahrungswelten nachhaltiger und umweltbewusster zu entwerfen. Anhand der Arbeitsblätter lassen sich gestalterische Ideen und Konzepte auf ihre Nachhaltigkeitspotenziale untersuchen und weiterentwickeln. Nachhaltigkeitsaspekte werden dabei mit den Methoden und Arbeitsschritten eines klassischen Designprozesses zusammengeführt. Ausführliche Hintergrundinformationen ergänzen die Themen der Tools inhaltlich.

Description: Ende März 2022 veröffentlichte die Europäische Kommission ihre neue EU-Strategie für nachhaltige und zirkuläre Textilien. Die ambitionierte Vision: Textilabfälle sollen reduziert, zirkuläre Maßnahmen gefördert und negative Umweltfolgen der Textilindustrie minimiert werden. Doch wie sieht eine Textilwirtschaft, die Textilien im Kreislauf führt, aus und welche politischen Anforderungen ergeben sich daraus für Deutschland? Der vorliegende Zukunftsimpuls des Wuppertal Instituts zeigt, welche Position Deutschland in der Transformation hin zu einer zirkulären Textilindustrie einnehmen könnte.

Description: Angesichts des fortschreitenden Klimawandels ist eine Abkehr von der Nutzung fossiler Brennstoffe unausweichlich. Dies spiegelt sich nicht zuletzt auch in der politischen Entscheidung zum Ausstieg aus der Kohleverstromung in Deutschland wider, welche neben ökologischen Auswirkungen auch soziale und wirtschaftliche Effekte auf die Gesellschaft im Rahmen des Strukturwandels hat. Begleitet wird dieser Wandel von einer politischen und wirtschaftlichen Debatte, welche bisher in der Literatur noch nicht systematisch analysiert wurde. Folglich ist das erste Ziel der vorliegenden Masterarbeit die Analyse des politischen und wirtschaftlichen Diskurses relevanter Akteure zum deutschen Kohleausstieg. Die Analyse bezieht sich auf zwei ausgewählte Braunkohlereviere: das Rheinische und Lausitzer Revier. Das zweite Ziel der Masterthesis ist es zwei wirtschaftlich vermutlich stark vom Kohleausstieg betroffene Akteure der Region zu analysieren: Die Energieversorger RWE (Rheinisches Revier) sowie LEAG (Lausitzer Revier). Hierfür wurde untersucht, welche potenziellen Auswirkungen die Unternehmensstruktur und -strategie der Energieversorger der Reviere auf den Diskurs und folglich den Strukturwandel haben. Mittels einer Literaturrecherche wurde zunächst ein Überblick über die Entwicklung und Gründe des Kohleausstiegs in Deutschland sowie dessen Auswirkungen auf den Strukturwandel gegeben. Zudem wurden Unternehmensprofile zu RWE und LEAG mit einem Fokus auf Unternehmensstruktur sowie -strategie erstellt. Es folgte eine Analyse des politischen und wirtschaftlichen Diskurses mittels der Discourse Network Analysis, welcher als ein mixed-method Ansatz die Kombination einer qualitative Inhaltsanalyse mit einer quantitativen Netzwerkanalyse ermöglicht. Hiermit konnte zum einen analysiert werden, welche Themen Bestandteil der jeweiligen regionalen Diskurse sind und zum anderen welche inhaltlichen Positionen die Energieversorger im Diskurs einnehmen. Zudem konnte ausgewertet werden, mit welchen Akteuren die Energieversorger ähnliche sowie konkurrierende Haltungen gegenüber Diskursinhalten aufweisen. Anschließend wurden die Ergebnisse anhand der Erkenntnisse aus der Literaturrecherche zu regionalen soziökonomischen Gegebenheiten der Reviere sowie der jeweiligen Unternehmensstruktur und -strategie in Kontext gesetzt und bewertet. Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist, dass der Diskurs im Rheinisches Revier grundsätzlich optimistischer gegenüber dem Kohleausstieg sowie Strukturwandel geführt wird als im Lausitzer Revier. Ein weiteres zentrales Ergebnis ist, dass RWE im rheinischen Diskurs sehr aktiv ist, im Mittelpunkt der Diskurskoalitionen steht und eine positive Haltung gegenüber den für den Kohleausstieg relevanten Themen einnimmt. Auffällig ist hierbei die besonders hohe diskursive Schnittmenge zwischen RWE und den Grünen NRW. LEAG hingegen befindet sich im Lausitzer Diskurs in einer Braunkohle befürwortenden Koalition und verhält sich allgemein weniger proaktiv zu Themen, die den regionalen Strukturwandel fördern könnten; dem Kohleausstieg steht LEAG generell negativer gegenüber. Der kausale Zusammenhang zwischen der Unternehmensstruktur und -strategie sowie den Auswirkungen auf den jeweiligen regionalen Diskurs konnte mit der vorliegenden Methode nicht vollständig geklärt werden. Allerdings konnte mittels der Discourse Network Analysis die Rolle von RWE und LEAG im Kontext der jeweiligen Diskurse zum Kohleausstieg in Deutschland erstmals systematisch analysiert werden und schlussendlich zu einem besseren Verständnis der politischen Auseinandersetzung rund um den Kohleausstieg auf regionaler Ebene beitragen.

Description: A large number and variety of activities are being undertaken to introduce Digital Product Passports (DPPs). However, only a few DPPs have made it into practice so far, so there is some uncertainty about which impact DPPs will actually have. With this paper, we aim to provide a structured overview of the current development of DPPs. We provide insights of 76 current corporate, policy, and research activities that exist and their objectives. To allow for a structured assessment and discussion of the diverse approaches we defined 13 criteria for a comparable description, categorization and evaluation. We expect that this overview will not only encourage feedback and contributions from the DPP community, as well as valuable discussions with and among experts. It is also intended to help promote and facilitate the adoption of DPPs for the Circular Economy by facilitating collaborations and suggestions for ongoing activities.

Description: What is necessary to reach net zero emissions in the transport sector on a global level? To keep limiting global warming to 1.5° C within reach, the world has to decarbonise by mid-century, with every sector contributing as much as possible as soon as possible. This paper identifies what has to be done in road transport, aviation, and shipping to achieve net zero emission in the transport sector. For this purpose, it first sets the scene by providing an overview of the origins and impacts of the concept of net zero emissions in international climate policy as well as of the current state and future prospects of global transport emissions using currently available scenarios for low-emission and net zero transport. While for staying below 1.5° C, the basic approach to reducing transport emissions remains unchanged from what has been suggested in the past, the set, intensity and pace of actions as to shift fundamentally. Without first drastically reducing traffic volume and shifting transport demand to low-emission modes, reaching net zero transport will not be feasible: the amount of additional electricity required to fully electrify the sector with renewable energy is otherwise just too huge. After portraying key instruments for achieving net zero emissions in land transport, aviation, and shipping, this paper identifies key barriers for net zero transport. Based on this analysis, the authors recommend the following to be able to move transport to net zero: 1. Adapt Decarbonisation Strategies to Different Transport Sub-sectors 2. Prioritise and Significantly Increase Investment in Zero-/low-carbon Infrastructure 3. Massively Invest in the Development and Roll out of Zero-/low-emission Technologies 4. Focus on a Just Transition to Overcome Social and Political Barriers 5. Increase International Support and Cooperation

Description: Das Wohnen in Deutschland wird schon seit einigen Jahren durch zwei bedeutende Entwicklungstendenzen bestimmt: Zum einen sinkt die durchschnittliche Haushaltsgröße, zum anderen vergrößert sich die mittlere Pro-Kopf-Wohnfläche. Infolgedessen steigt die Wohnraumnachfrage deutlich an, was besonders im urbanen Raum zu höheren Mieten und ungleichen Verteilungsprozessen des Wohnungsbestandes führt. Bislang ist dieser zunehmenden Nachfrage nach Wohnraum vielerorts mit einer Ausweitung der Neubautätigkeit begegnet worden, was jedoch mit einem schnelleren Verbrauch wertvoller und begrenzter Bodenressourcen verbunden ist. Ein Konzept, das erst seit Kurzem als mögliche Antwort auf die aktuellen sozialen und ökologischen Herausforderungen des Wohnens diskutiert wird, ist das sogenannte suffiziente Wohnen. Dabei geht es um die grundlegende Frage, wie viel Wohnfläche es braucht, um die jeweiligen Bedürfnisse eines Haushaltes angemessen befriedigen zu können und wie durch eine bessere Nutzung des vorhandenen Baubestandes auf eine Änderung dieser Bedürfnisse reagiert werden kann. Suffiziente Wohnkonzepte zielen somit sowohl auf die Berücksichtigung individueller Wohnraumbedarfe als auch auf die Vermeidung weiterer Flächenversiegelung. Diese Masterarbeit möchte das Potential des suffizienten Wohnens im Kontext der aktuellen gesellschaftlichen, ökologischen und wohnungspolitischen Herausforderungen hervorheben. In diesem Zusammenhang spielt die Betrachtung sich verändernder Wohnraumbedarfe im Lebensverlauf von Personen eine zentrale Rolle, da es an bestimmten Wendepunkten häufig zu einer subjektiven Unter- oder Überversorgung mit Wohnfläche kommt. Mittels einer hierarchisch-agglomerativen Clusteranalyse und der repräsentativen LebensRäume - Bevölkerungsumfrage des BBSR werden insgesamt acht Wohntypen identifiziert, die sich je nach Lebensverlaufsphase und Wohnsituation unterscheiden. Dabei wird neben relevanten Umbrüchen in der Wohnbiographie von Personen auch die herausragende Bedeutung von Wohneigentum für die durchschnittlichen Pro-Kopf-Wohnflächen in den einzelnen Clustern deutlich. In Bezug auf die Förderung des suffizienten Wohnens in Deutschland lassen sich zwei zentrale Analyseergebnisse formulieren. Zum einen eröffnen der Auszug der Kinder, die Verrentung sowie die Verwitwung wichtige Möglichkeitsräume für die Veränderung von Wohnsituationen. Zum anderen gilt es, den Einfluss des Wohneigentums als Chance zu begreifen und durch Veränderungen der Bestandsimmobilie eine suffizientere Art des Wohnens zu ermöglichen.

Description: This thesis conceptualizes the school as a socio-technical system, in which change towards sustainable development and a transition towards more climate awareness are necessary. The multi-level perspective (MLP) framework is applied to the German school system and to climate protection projects (CPPs) as examples of niche activities integrating climate protection (CP) in the school. The thesis utilizes the analytical levels of the MLP (landscape, regime, and niche) and the concept of regulative, cognitive, and normative rules and addresses the question: How do actors in CPPs perceive drivers and barriers for transitioning towards more climate awareness in the German school system? The data were collected through expert interviews and analyzed by conducting a qualitative content analysis. The results show that the German school system is characterized by an inherent rigidity, deep-set normative role dynamics, and an unappreciated role of schools in society. They also highlight the importance of public pressure, strategic CP orientation, and hands-on approaches. CPPs can be a driving force for this in individual schools, but, overall, CP needs to be addressed more systematically in the school and more substantial efforts and reforms are necessary. Highly motivated niche actors play an important role and represent key drivers for such developments. This thesis reveals the complex and systemic nature of the challenges the German school system is faced with. It highlights the difficulties of integrating CP and the importance of substantial and transformative political action. The thesis demonstrates the crucial need to recognize the significance of schools and their actors for society and to integrate new methods and approaches into the school. This thesis also contributes to the body of literature on socio-technical systems and sustainability transitions. It offers an operationalization of the MLP and reveals strengths and limits as well as future research outlooks.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2021. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 51(1), (2021): 19-35, https://doi.org/10.1175/JPO-D-19-0233.1.

Description: In the Beaufort Sea in September of 2015, concurrent mooring and microstructure observations were used to assess dissipation rates in the vicinity of 72°35′N, 145°1′W. Microstructure measurements from a free-falling profiler survey showed very low [O(10−10) W kg−1] turbulent kinetic energy dissipation rates ε. A finescale parameterization based on both shear and strain measurements was applied to estimate the ratio of shear to strain Rω and ε at the mooring location, and a strain-based parameterization was applied to the microstructure survey (which occurred approximately 100 km away from the mooring site) for direct comparison with microstructure results. The finescale parameterization worked well, with discrepancies ranging from a factor of 1–2.5 depending on depth. The largest discrepancies occurred at depths with high shear. Mean Rω was 17, and Rω showed high variability with values ranging from 3 to 50 over 8 days. Observed ε was slightly elevated (factor of 2–3 compared with a later survey of 11 profiles taken over 3 h) from 25 to 125 m following a wind event which occurred at the beginning of the mooring deployment, reaching a maximum of ε= 6 × 10−10 W kg−1 at 30-m depth. Velocity signals associated with near-inertial waves (NIWs) were observed at depths greater than 200 m, where the Atlantic Water mass represents a reservoir of oceanic heat. However, no evidence of elevated ε or heat fluxes was observed in association with NIWs at these depths in either the microstructure survey or the finescale parameterization estimates.

Description: This work was supported by NSF Grants PLR 14-56705 and PLR-1303791 and by NSF Graduate Research Fellowship Grant DGE-1650112.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2021. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 51(1),(2021): 3-17, https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0064.1.

Description: The strong El Niño of 2014–16 was observed west of the Galápagos Islands through sustained deployment of underwater gliders. Three years of observations began in October 2013 and ended in October 2016, with observations at longitudes 93° and 95°W between latitudes 2°N and 2°S. In total, there were over 3000 glider-days of data, covering over 50 000 km with over 12 000 profiles. Coverage was superior closer to the Galápagos on 93°W, where gliders were equipped with sensors to measure velocity as well as temperature, salinity, and pressure. The repeated glider transects are analyzed to produce highly resolved mean sections and maps of observed variables as functions of time, latitude, and depth. The mean sections reveal the structure of the Equatorial Undercurrent (EUC), the South Equatorial Current, and the equatorial front. The mean fields are used to calculate potential vorticity Q and Richardson number Ri. Gradients in the mean are strong enough to make the sign of Q opposite to that of planetary vorticity and to have Ri near unity, suggestive of mixing. Temporal variability is dominated by the 2014–16 El Niño, with the arrival of depressed isopycnals documented in 2014 and 2015. Increases in eastward velocity advect anomalously salty water and are uncorrelated with warm temperatures and deep isopycnals. Thus, vertical advection is important to changes in heat, and horizontal advection is relevant to changes in salt. Implications of this work include possibilities for future research, model assessment and improvement, and sustained observations across the equatorial Pacific.

Description: We gratefully acknowledge the support of the National Science Foundation (OCE-1232971, OCE-1233282) and the Ocean Observing and Monitoring Division of the National Oceanographic and Atmospheric Administration (NA13OAR4830216).

Description: © The Author(s), 2021. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Gomaa, F., Utter, D. R., Powers, C., Beaudoin, D. J., Edgcomb, V. P., Filipsson, H. L., Hansel, C. M., Wankel, S. D., Zhang, Y., & Bernhard, J. M. Multiple integrated metabolic strategies allow foraminiferan protists to thrive in anoxic marine sediments. Science Advances, 7(22), (2021): eabf1586, https://doi.org/10.1126/sciadv.abf1586.

Description: Oceanic deoxygenation is increasingly affecting marine ecosystems; many taxa will be severely challenged, yet certain nominally aerobic foraminifera (rhizarian protists) thrive in oxygen-depleted to anoxic, sometimes sulfidic, sediments uninhabitable to most eukaryotes. Gene expression analyses of foraminifera common to severely hypoxic or anoxic sediments identified metabolic strategies used by this abundant taxon. In field-collected and laboratory-incubated samples, foraminifera expressed denitrification genes regardless of oxygen regime with a putative nitric oxide dismutase, a characteristic enzyme of oxygenic denitrification. A pyruvate:ferredoxin oxidoreductase was highly expressed, indicating the capability for anaerobic energy generation during exposure to hypoxia and anoxia. Near-complete expression of a diatom’s plastid genome in one foraminiferal species suggests kleptoplasty or sequestration of functional plastids, conferring a metabolic advantage despite the host living far below the euphotic zone. Through a unique integration of functions largely unrecognized among “typical” eukaryotes, benthic foraminifera represent winning microeukaryotes in the face of ongoing oceanic deoxygenation.

Description: his project was funded by the U.S. NSF IOS 1557430 and 1557566. H.L.F. acknowledges support from the Swedish Research Council VR (grant number 2017-04190).

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2021. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of the Atmospheric and Oceanic Technology 38(1), (2021): 3-16, https://doi.org/10.1175/JTECH-D-20-0110.1.

Description: Airborne expendable bathythermographs (AXBTs) are air-launched, single-use temperature–depth probes that telemeter temperature observations as VHF-modulated frequencies. This study describes the AXBT Real-Time Editing System (ARES), which is composed of two components: the ARES Data Acquisition System, which receives telemetered temperature–depth profiles with no external hardware other than a VHF radio receiver, and the ARES Profile Editing System, which quality controls AXBT temperature–depth profiles. The ARES Data Acquisition System performs fast Fourier transforms on windowed segments of the demodulated signal transmitted from the AXBT. For each segment, temperature is determined from peak frequency and depth from elapsed time since profile start. Valid signals are distinguished from noise by comparing peak signal levels and signal-to-noise ratios to predetermined thresholds. When evaluated using 387 profiles, the ARES Data Acquisition System produced temperature–depth profiles nearly identical to those generated using a Sippican MK-21 processor, while reducing the amount of noise from VHF interference included in those profiles. The ARES Profile Editor applies a series of automated checks to identify and correct common profile discrepancies before displaying the profile on an editing interface that provides simple user controls to make additional corrections. When evaluated against 1177 tropical Atlantic and Pacific AXBT profiles, the ARES automated quality control system successfully corrected 87% of the profiles without any required manual intervention. Necessary future work includes improvements to the automated quality control algorithm and algorithm evaluation against a broader dataset of temperature–depth profiles from around the world across all seasons.

Description: This work was sponsored by the Office of Naval Research (Grants N000141812819 and N0001420WX00345) and the U.S. Navy’s Civilian Institution Office with the MIT–WHOI Joint Program.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2021. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Bulletin of the American Meteorological Society 102(1), (2021): E99-E122, https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0005.1.

Description: The Red Sea, home to the second-longest coral reef system in the world, is a vital resource for the Kingdom of Saudi Arabia. The Red Sea provides 90% of the Kingdom’s potable water by desalinization, supporting tourism, shipping, aquaculture, and fishing industries, which together contribute about 10%–20% of the country’s GDP. All these activities, and those elsewhere in the Red Sea region, critically depend on oceanic and atmospheric conditions. At a time of mega-development projects along the Red Sea coast, and global warming, authorities are working on optimizing the harnessing of environmental resources, including renewable energy and rainwater harvesting. All these require high-resolution weather and climate information. Toward this end, we have undertaken a multipronged research and development activity in which we are developing an integrated data-driven regional coupled modeling system. The telescopically nested components include 5-km- to 600-m-resolution atmospheric models to address weather and climate challenges, 4-km- to 50-m-resolution ocean models with regional and coastal configurations to simulate and predict the general and mesoscale circulation, 4-km- to 100-m-resolution ecosystem models to simulate the biogeochemistry, and 1-km- to 50-m-resolution wave models. In addition, a complementary probabilistic transport modeling system predicts dispersion of contaminant plumes, oil spill, and marine ecosystem connectivity. Advanced ensemble data assimilation capabilities have also been implemented for accurate forecasting. Resulting achievements include significant advancement in our understanding of the regional circulation and its connection to the global climate, development, and validation of long-term Red Sea regional atmospheric–oceanic–wave reanalyses and forecasting capacities. These products are being extensively used by academia, government, and industry in various weather and marine studies and operations, environmental policies, renewable energy applications, impact assessment, flood forecasting, and more.

Description: The development of the Red Sea modeling system is being supported by the Virtual Red Sea Initiative and the Competitive Research Grants (CRG) program from the Office of Sponsored Research at KAUST, Saudi Aramco Company through the Saudi ARAMCO Marine Environmental Center at KAUST, and by funds from KAEC, NEOM, and RSP through Beacon Development Company at KAUST.

Description: © The Author(s), 2021. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Le Roux, V., Urann, B. M., Brunelli, D., Bonatti, E., Cipriani, A., Demouchy, S., & Monteleone, B. D. Postmelting hydrogen enrichment in the oceanic lithosphere. Science Advances, 7(24), (2021): eabf6071, https://doi.org/10.1126/sciadv.abf6071.

Description: The large range of H2O contents recorded in minerals from exhumed mantle rocks has been challenging to interpret, as it often records a combination of melting, metasomatism, and diffusional processes in spatially isolated samples. Here, we determine the temporal variations of H2O contents in pyroxenes from a 24-Ma time series of abyssal peridotites exposed along the Vema fracture zone (Atlantic Ocean). The H2O contents of pyroxenes correlate with both crustal ages and pyroxene chemistry and increase toward younger and more refractory peridotites. These variations are inconsistent with residual values after melting and opposite to trends often observed in mantle xenoliths. Postmelting hydrogen enrichment occurred by ionic diffusion during cryptic metasomatism of peridotite residues by low-degree, volatile-rich melts and was particularly effective in the most depleted peridotites. The presence of hydrous melts under ridges leads to widespread hydrogen incorporation in the oceanic lithosphere, likely lowering mantle viscosity compared to dry models.

Description: Funding for this study was supported by NSF EAR-P&G 1524311 and 1839128 to V.L.R. and the Andrew W. Mellon Foundation Award for Innovative Research to V.L.R. A.C. and D.B. were funded by the Italian Programma di Rilevante Interesse Nazionale PRIN 20178LPCPW and PRIN2017KY5ZX8, respectively. Revisions were performed within the duration of a “Visiting Scholar at SCIENCE 2020” award to V.L.R. (University of Copenhagen, Denmark), with support from the Department of Geosciences and Natural Resource Management, Section for Geology.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(11), (2020): 3267–3294, https://doi.org/10.1175/JPO-D-19-0310.1.

Description: As part of the Flow Encountering Abrupt Topography (FLEAT) program, an array of pressure-sensor equipped inverted echo sounders (PIESs) was deployed north of Palau where the westward-flowing North Equatorial Current encounters the southern end of the Kyushu–Palau Ridge in the tropical North Pacific. Capitalizing on concurrent observations from satellite altimetry, FLEAT Spray gliders, and shipboard hydrography, the PIESs’ 10-month duration hourly bottom pressure p and round-trip acoustic travel time τ records are used to examine the magnitude and predictability of sea level and pycnocline depth changes and to track signal propagations through the array. Sea level and pycnocline depth are found to vary in response to a range of ocean processes, with their magnitude and predictability strongly process dependent. Signals characterized here comprise the barotropic tides, semidiurnal and diurnal internal tides, southeastward-propagating superinertial waves, westward-propagating mesoscale eddies, and a strong signature of sea level increase and pycnocline deepening associated with the region’s relaxation from El Niño to La Niña conditions. The presence of a broad band of superinertial waves just above the inertial frequency was unexpected and the FLEAT observations and output from a numerical model suggest that these waves detected near Palau are forced by remote winds east of the Philippines. The PIES-based estimates of pycnocline displacement are found to have large uncertainties relative to overall variability in pycnocline depth, as localized deep current variations arising from interactions of the large-scale currents with the abrupt topography around Palau have significant travel time variability.

Description: Support for this research was provided by Office of Naval Research Grants N00014-16-1-2668, N00014-18-1-2406, N00014-15-1-2488, and N00014-15-1-2622. R.C.M. was additionally supported by the Postdoctoral Scholar Program at the Woods Hole Oceanographic Institution, with funding provided by the Weston Howland Jr. Postdoctoral Scholarship.

Description: Author Posting. © American Meteorological Society, 2020. This article is posted here by permission of American Meteorological Society for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Journal of Physical Oceanography 50(11),(2020): 3331–3351, https://doi.org/10.1175/JPO-D-20-0035.1.

Description: This study examines the generation of warm spiral structures (referred to as spiral streamers here) over Gulf Stream warm-core rings. Satellite sea surface temperature imagery shows spiral streamers forming after warmer water from the Gulf Stream or newly formed warm-core rings impinges onto old warm-core rings and then intrudes into the old rings. Field measurements in April 2018 capture the vertical structure of a warm spiral streamer as a shallow lens of low-density water winding over an old ring. Observations also show subduction on both sides of the spiral streamer, which carries surface waters downward. Idealized numerical model simulations initialized with observed water-mass densities reproduce spiral streamers over warm-core rings and reveal that their formation is a nonlinear submesoscale process forced by mesoscale dynamics. The negative density anomaly of the intruding water causes a density front at the interface between the intruding water and surface ring water, which, through thermal wind balance, drives a local anticyclonic flow. The pressure gradient and momentum advection of the local interfacial flow push the intruding water toward the ring center. The large-scale anticyclonic flow of the ring and the radial motion of the intruding water together form the spiral streamer. The observed subduction on both sides of the spiral streamer is part of the secondary cross-streamer circulation resulting from frontogenesis on the stretching streamer edges. The surface divergence of the secondary circulation pushes the side edges of the streamer away from each other, widens the warm spiral on the surface, and thus enhances its surface signal.

Description: Authors W. G. Zhang and D. J. McGillicuddy are both supported by the National Science Foundation through Grant OCE 1657803.

Description: © The Author(s), 2021. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Clemens, S. C., Yamamoto, M., Thirumalai, K., Giosan, L., Richey, J. N., Nilsson-Kerr, K., Rosenthal, Y., Anand, P., & McGrath, S. M. Remote and local drivers of Pleistocene South Asian summer monsoon precipitation: a test for future predictions. Science Advances, 7(23), (2021): eabg3848, https://doi.org/10.1126/sciadv.abg3848.