Tropical High Altitude Clouds and their Impact on Stratospheric Humidity

• Antragstellerin: Dr. Wiebke Frey
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233493169

Wolken spielen eine Schlüsselrolle im Klimasystem der Erde: Sie beeinflussen den Strahlungshaushalt, chemische und dynamische Prozesse. Eiswolken in großen Höhen in den Tropen, der tropischen Tropopausenschicht, sind besonders relevant, da vor Allem dort Luftmassen langsam aus der Troposphäre in die vergleichsweise trockene Stratosphäre aufsteigen. Folglich beeinflussen diese Wolken den stratosphärischen Wasserdampfgehalt, der selbst einen Hauptantrieb von Strahlungs- und chemischen Prozessen, wie z.B. der Ozonzerstörung, darstellt. Diese Wolken treten entweder in überschießenden konvektiven Wolkentürmen auf, oder sie werden durch großskalige Hebung und Abkühlung in situ als Nichtsichtbare Cirren gebildet. Obwohl letztere häufig auftreten, ist wenig über ihre genauen mikrophysikalischen Entstehungsmechanismen bekannt und wie sie eine so lange Lebenszeit erreichen können. Bisherige Modellsimulationen konnten die Beobachtungen nicht reproduzieren. Ziel dieses Projektes ist unser Wissen über die Auswirkung von Wolken in der tropischen Tropopausenschicht auf den stratosphärischen Wassergehalt zu verbessern, indem ihre Entstehung, Aufrechterhaltung und Auftrittshäufigkeit im Detail untersucht wird. Eine Reihe modernster numerischer Modelle wird für die Simulation der Wolken in der tropischen Tropopausenschicht angewandt, um die jeweiligen Stärken der einzelnen Modelle zu nutzen. Diese Modelle sind: das Weather Research and Forecasting (WRF) Model, das GLObal Model of Aerosol Processes (GLOMAP) und der Australian Community Climate and Earth-System Simulator (ACCESS). Zuerst wird auf die Fragen, die sich auf die Bildung und die Lebenszeit der Nichtsichtbaren Cirren beziehen, eingegangen. Im zweiten Schritt wird die Auswirkung von Nichtsichtbaren Cirren und überschießender Konvektion auf die stratosphärische Feuchte abgeschätzt. Sowohl die direkten Effekte (wie das Einbringen von Eispartikeln in die Stratosphäre) als auch die indirekten Effekte (z.B. die Veränderung der dynamischen Prozesse) werden erforscht. Um den Gesamteffekt abzuschätzen, werden die Auftrittshäufigkeiten beider Wolkentypen aus einer Reihe von bodengestützten Fernerkundungsbeobachtungen aus Darwin und ergänzenden Satellitenbeobachtungen des International Satellite Cloud Climatology Project abgeleitet. Flugzeuggetragene in situ Messungen, die ich in meiner Doktorarbeit analysiert habe, werden genutzt um die Modellsimulationen zu initialisieren und testen. Ein besseres Verständnis der komplexen Prozesse in Bezug auf die Wolken in der tropischen Tropopausenschicht wird ihre Darstellung in numerischen Modellen verbessern und damit die Qualität der Modellvorhersagen erhöhen. Dies wird unsere Fähigkeit verbessern die bisher hochunsicheren Eiswolkenprozesse in Klimavorhersagen wiederzugeben. Weiterhin wird das Wissen über die Auswirkung dieser Wolken auf die stratosphärische Feuchte eine verbesserte Quantifizierung ihrer Klimawirksamkeit erlauben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Dr. Todd Lane