TEsten von Isotopologen als Diabatischer Heizratenindikator für atmosphärische DatenanalYsen

• Antragsteller: Dr. Matthias Schneider
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416767181

Wolken und Wasserdampf kontrollieren die Strahlungsheizung/-kühlung der Atmosphäre und Kondensation oder Verdampfung von Wasser bestimmt, wo latente Wärme freigesetzt oder verbraucht wird. Die Erwärmungsmuster treiben dann die atmosphärische Zirkulation an, was zusätzliche Verdampfung/Kondensation bewirkt und die Verteilung von Wasserdampf und Wolken beeinflusst. Damit werden aufs Neue die atmosphärischen Muster von latenter Heizung und Strahlungsheizung modifiziert. Diese starke Kopplung zwischen Feuchtigkeitstransportwegen, diabatischer Erwärmung und atmosphärischer Zirkulation ist verantwortlich für wichtige Rückkopplungsmechanismen des Klimas und für die Entwicklung vieler extremer Wetterereignisse. In diesem Zusammenhang ist es besorgniserregend, dass die diabatischen Heizraten, bestimmt aus verschiedenen globalen Reanalysedaten, signifikante Inkonsistenzen aufweisen.Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Evaluierung einer neuartigen Methode zur besseren Anpassung der atmosphärischen Reanalysen an die tatsächlichen Heizraten. Dazu werden die in der atmosphärischen Wasserdampfisotopologenzusammensetzung enthaltenen Prozessinformationen mittels eines neuartigen Datenassimilationsverfahrens untersucht. Da die Isotopologenzusammensetzung eng mit den atmosphärisch-diabatischen Feuchtprozessen verbunden ist, bietet ihre zusätzliche Assimilation eine vielversprechende Möglichkeit, den analysierten atmosphärischen Zustand in Richtung der tatsächlichen atmosphärischen Heizraten einzuengen. Das Ziel wird effizient durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Experten erreicht.Deutsche Experten auf dem Gebiet weltraumgestützter Fernerkundung von Wasserdampfisotopologen werden aus Spektren des Sensors IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) einen umfassend charakterisierten Beobachtungsdatensatz generieren, der repräsentativ für eine wolkenfreie Atmosphäre und für homogen niedrige Wolkenbedeckung ist und quasi globale Abdeckung bietet (täglich und für die drei Jahre 2014-2016). Japanische Experten auf dem Gebiet der globalen Isotopologenmodellierung und Datenassimilation werden ihr „Local Ensemble Transformation Kalman Filter (LETKF)“ Assimilationsverfahren verfeinern, um eine rechnerisch effiziente und genaue Assimilation globaler Isotopologenmessungen zu gewährleisten. Zusammen werden verschiedene Assimilationsexperimente für den Zeitraum 2014-2016 durchgeführt und die Herausforderungen der Methode und ihr Potenzial zur Verbesserung atmosphärischer Analysen dokumentiert. Ein besonderer Schwerpunkt dieser Untersuchung wird auf den Heizraten und Niederschlagsmustern der Madden-Julian-Oszillation und den Heizraten, horizontalen Winden und Vertikalgeschwindigkeiten der Hadley- und Walker-Zirkulationen liegen. Die Beobachtungsdaten und die entwickelten Verfahren werden frei verfügbar gemacht, so dass das Assimilationsverfahren zukünftig mit jedem Isotopologe simulierenden atmosphärischen Zirkulationsmodell verwendet werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Partnerorganisation: Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kei Yoshimura