Räumlich aufgelöste Quantifizierung des Advektionseinflusses auf die Bilanzschließung von Treibhausgasen

• Antragstellerinnen: Dr. Claudia Schütze; Dr. Astrid Anita Ziemann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277478286

Die Motivation für dieses Projekt ergibt sich aus der nach wie vor beobachteten Schließungslücke der Energiebilanz an allen Stationen in globalen Messnetzwerken. Damit sind signifikante Konsequenzen für Stoffbilanzmessungen von Treibhausgasen (THG) verbunden.Diese Schließungslücke existiert auch nach Verwendung aller notwendigen Korrekturen und Umrechnungen bei der Flussmessung mit der Eddy-Kovarianz-Methode. Offensichtlich werden noch nicht alle relevanten Transportmechanismen durch die bisherige Messmethodik erfasst. Das führt zu einer Unsicherheit in der wesentlichen Bestimmung der Stoffbilanz der THG über natürlichen Oberflächen mit Auswirkungen auf die Aussagesicherheit von meteorologischen Prognosemodellen und die Belastbarkeit von Anpassungsstrategien an den Klimawandel.Hauptziel des Projektes ist es deshalb, methodische Unsicherheiten bei der Bilanzbestimmung von Treibhausgasen systematisch zu quantifizieren. Als wichtiger Mechanismus wird in diesem Zusammenhang die Advektion diskutiert. Advektion wird u.a. durch nieder-frequente Austauschprozesse erzeugt. Die damit verbundenen Zirkulationsmuster, z.B. quasistationäre Sekundärzirkulationen, können durch Heterogenitäten in den Eigenschaften der Erdoberfläche hervorgerufen werden.Räumlich mittelnde und auflösende Messmethoden sind generell in der Lage, die benötigten Größen der horizontalen und vertikalen Advektion für die Schließung der THG-Bilanz zu bestimmen. Eine innovative Kombination bodengebundener Fernmessverfahren der akustischen Tomografie (A-TOM) und Open-Path-Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (OP-FTIR) mit der Eddy-Kovarianz-Methode ermöglicht dabei den notwendigen Übergang von der punktuellen zur räumlich aufgelösten, lokalen Skala. Dieser integrative Forschungsansatz zielt darauf ab, die Verteilung der THG-Konzentrationen und des Windvektors in einer einheitlichen raum-zeitlichen Auflösung mit tomografischen Mess- und Analyseverfahren zu quantifizieren. Mit der daraus abgeleiteten Advektion wird die Schließungslücke der Eddy-Kovarianz-Messungen bewertet.Gleichzeitig wird die numerische Modellierung der atmosphärischen Grenzschicht als effektives und flexibles Hilfsmittel eingesetzt, um die Verbindung zwischen den gemessenen Austauschprozessen an einem Ort und den beitragenden Quellflächen zu ermitteln. Die geeignete Modellentwicklung gestattet außerdem die Verallgemeinerung der messtechnisch erzielten Resultate für andere Flussmessstationen und längere Zeiträume. Auf diese Weise trägt das Projekt zu einer optimierten Datenassimilation von THG Flussmessungen in mesoskalige Atmosphärenmodelle bei. Damit wird das Verständnis des terrestrischen THG Austauschs sowie der Dynamik von THG Quellen und Senken maßgeblich verbessert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen