Der Beitrag von Wolken zur diabatischen Erwärmung und Abkühlung abgeleitet aus der Synergie von flugzeuggetragenem Lidar, Radar und abbildendem Spektrometer

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Mayer; Professor Dr. Markus Rapp; Dr. Tobias Zinner
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316834395

Wolken sind unterschiedlich organisiert: von zufällig verstreuten Cumuli bis zu großskaligen Systemen, die die globale Dynamik durch diabatische Erwärmung/Abkühlung beeinflussen, was wiederum die Qualität aktueller Wettervorhersagen limitiert. Um die Lücken im Wissen über räumliche und zeitliche Verteilung der diabatischen Wärmequellen und -senken zu schließen, ist eine Charakterisierung der Wolkenmakro- und mikrophysik unverzichtbar.Ziel unseres Antrags ist es, die NARVAL-2/NAWDEX Instrumentierung mit dem abbildenden Spektrometer specMACS für den solaren Spektralbereich zu ergänzen. Dies wird von beiden Kampagnen stark befürwortet (siehe Verbundanträge). Analog zur Satellitenmission EarthCARE würde die Instrumentierung damit nadir-sondierendes Radar und Lidar mit passiver, spektraler Bildgebung in paralleler Blickrichtung kombinieren. Die Bildgebung würde die Perspektive der aktiven Sensoren mit Informationen über deren Repräsentativität quer zur Flugrichtung ergänzen und auch dort die Ableitung von Wolkeneigenschaften erlauben. Der Sensor flog erfolgreich bei der HALO-Mission ACRIDICON, dort mit abweichender horizontaler Blickrichtung.Mit so vervollständigter Instrumentierung hoffen wir folgenden Forschungsfragen beantworten zu können:> Wie stark trägt der Imager zum Informationsgewinn aus Lidar/Radar Messungen bei?> Wie hängt die Wolkenphysik mit der Wasserdampfkonzentration entlang des Warm Conveyor Belts zusammen?> Wie entwickeln sich die Wolkenmakro- and mikrophysik währen der Lebensdauer eines Wolkensystems?> Wie tragen die Wolken dabei zur diabatischen Erwärmung und Abkühlung bei?Um diese Fragen zu beantworten, beantragen wir zwei Doktoranden-Projekte: Projekt 1 wird sich auf die räumliche Verteilung der Mikrophysik konvektiver Bewölkung in allen Phasen ihres Lebenszykluses konzentrieren. Nach Anpassung existierender Algorithmen sollen Phase, Effektivradius und optische Dicke abgeleitet werden. Fortschritte werden durch die Einbeziehung der Wolkengeometrie erwartet, die aus einer Kombination von Radar, Lidar und abbildendem Spektrometer für den Bildbereich gewonnen werden.Projekt 2 wird sich auf die Mikrophysik hoher Eiswolken konzentrieren. Wassergehalt, Partikelgröße und -konzentration werden mit einem synergetischen Verfahren abgeleitet. Messungen der spektralen Strahldichte werden dabei in eine bestehende Lidar/Radar Methode integriert, als Zusatzinformation und um die gewonnene Profilinformation entlang des Flugwegs auf den horizontalen Bildbereich quer zur Flugrichtung auszudehnen. Beide Projekte münden in eine dreidimensionale Rekonstruktion der Wolkeneigenschaften, auf deren Basis quantifiziert wird wie stark Wolken als diabatische Quelle/Senke wirken (Erwärmung/ Abkühlung durch Strahlung und latente Wärme). Wir tragen damit zum Forschungsschwerpunkt B "Entstehung, Entwicklung und Strahlungseffekte von Wolken und Niederschlag" des HALO SPP bei und sind entscheidende Beiträge zu den Zielen von NAWDEX und NARVAL-2.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the "High Altitude and Long Range Research Aircraft" (HALO)
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Julien Delanoe