Vergangene und zukünftige Entwicklung der 3D Brewer-Dobson Zirkulation

• Antragsteller: Dr. Axel Gabriel
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240559849

Die Brewer-Dobson Zirkulation (BDZ) bezeichnet die zeitlich gemittelte Massenzirkulation der mittleren Atmosphäre (10-100km). Die BDZ wird angetrieben durch planetare Wellen, synoptische Wellen und Schwerewellen, und transportiert Spurengase wie Ozon (O3) und Wasserdampf (H2O) von den Tropen in mittlere und polare Breiten. Die Entwicklung der zonal gemittelten (2D) BDZ in einem sich ändernden Klima und ihre Wechselwirkung mit der stratosphärischen Ozonschicht ist Gegenstand aktueller Forschung. Die Änderungen in der 2D BDZ und dem Wellenantrieb zeigen jedoch erhebliche Differenzen zwischen den Klimamodellen und den Beobachtungen. Untersuchungen auf Basis einer dreidimensionalen (3D) Formulierung der BDZ könnten zu einem wesentlich erweiterten Verständnis der Rolle der BDC in einem sich ändernden Klima beitragen, sind bisher jedoch kaum durchgeführt worden.Ziel des Projektes ist die Untersuchung der vergangenen und zukünftigen Änderungen der 3D BDZ und des lokalen Wellenantriebes auf Basis der Konsortialrechnungen mit dem Erd-System-Modell MPI-ESM für die Jahre 1960-2005 und die Klima-Projektionen bis zum Jahre 2100 (CMIP5). Zur Validierung und für weiterführende Fragestellungen, die nicht allein auf Basis der CMIP5 Simulationen geklärt werden können, wird die 3D BDZ ebenfalls auf Basis von Modellresultaten des hochreichenden Zirkulations- und Chemie-Modells HAMMONIA (1960-2005), Reanalysen (ERA-Interim 1979-2012, MERRA, 1979-2012) und neueren Satellitendaten (Aura/MLS 2004-2012) analysiert. Ein Algorithmus zur Bestimmung globaler, tagesgemittelter Windfelder aus den Aura/MLS Daten wird entwickelt, um die 3D BDZ insbesondere für jene Höhengebiete zu validieren für die nur sehr vereinzelte lokale Windmessungen vorliegen (ca. 30-80km). Der Einfluss der 3D BDZ auf die lokalen Änderungen von O3, H2O, Temperatur und Wirbelstärke in der mittleren Atmosphäre, insbesondere auf die ultra-langen stationären Wellen, wird mit Hilfe linearer Lösungen der Budget-Gleichungen untersucht. Die Prozesse, die die Kopplung der 3D BDZ der mittleren Atmosphäre, der troposphärischen Wellenaktivität und der wind-getriebenen Ozeanströmungen bestimmen, werden mit zusätzlichen Simulationen mit dem MPI-ESM analysiert, in denen die Oberflächentemperatur, die troposphärischen und stratosphärischen Wellenflüsse, sowie die Absorber-Verteilungen in der mittleren Atmosphäre auf Grundlage von Beobachtungen moduliert werden. Es ist ebenfalls geplant den Einfluss der 3D BDZ auf die lokalen langfristigen Änderungen in den O3- und H2O-Verteilungen der mittleren Atmosphäre auf Basis von Klima-Chemie-Modellrechnungen zu analysieren, die im Rahmen des SPARC (Stratospheric Processes and their Role in Climate) CCM-Validierungsprojektes zur Verfügung gestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen