Die Ableitung von nicht-stationären Schwerewellen aus GLORIA Meßdaten

• Antragsteller: Dr. Peter Preuße; Dr. Joern Ungermann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423229691

Schwerewellen (SW) sind ein Hauptantrieb globaler Zirkulationsmuster in der Stratosphäre und Mesosphäre. Häufig diskutierte Anregungsmechanismen sind Jets und Fronten bzw. Überströmung von Gebirgen. Idealisierte Modellstudien lassen eine einfache Trennung der Prozesse zu, aber für Beobachtungen ist dies komplizierter.Wir beantragen, im Rahmen der SouthTRAC Kampagne SW mit dem Infrarot-Horizontsondierer GLORIA zu beobachten, mittels Randbedingungen eines einfachen SW-Modells geleitete Retrieval durchzuführen, unterschiedliche Wellenpakete anhand ihrer Phasengeschwindigkeit zu separieren und die Quellen dieser Wellen durch Ray-Tracing Rechnungen zu identifizieren. Im Einzelnen bedeutet dies:Um SW in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre zu beobachten, führen wir gezielte Beobachtungsflüge mit HALO durch, in dessen Bellypod GLORIA eingesetzt wird. 3-D Verteilungen der Atmosphärentemperatur und atmosphärischer Spurengase werden aus den gemessenen Strahlungsdaten durch inverse Modellierung abgeleitet. Die notwendige Beobachtungszeit impliziert, dass mit vorhandenen Ansätzen nur annähernd stationäre Temperaturverteilungen abgeleitet werden können. Um diese Einschränkung aufzuheben und auch nicht-stationäre SW zu beobachten, werden wir das Inversionsmodell um ein spektrales Schwerewellenmodell als Teil des Vorwärtsmodells erweitern. Das Ziel ist direkt SW-Parameter abzuleiten. Die vertikale Ausbreitung der SW wird durch das eingebaute SW-Modell beschrieben. Dadurch wird der Zustandsvektor drastisch reduziert und das Retrieval stabiler. Die Reduktion erlaubt auch SW mit von Null verschiedenen Frequenzen im Zustandsvektor abzuleiten. Aus den Spektralverteilungen lassen sich für aufeinanderfolgende Zeitschritte 3D Temperaturverteilungen rekonstruieren. Die spektrale Verteilung kann auf unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten gefiltert werden. Dies erlaubt die Trennung von SW, die sich am selben Ort und zur selben Zeit überlagern. Während der SouthTRAC Kampagne werden komplexe Atmosphärensituationen mit einer Kombination verschiedener Messgeräte gemessen, die es erlauben SW aus verschiedenen Quellen über einen weiten Höhenbereich zu beobachten. Dies bietet die Gelegenheit zu testen, wie gut sich die unterschiedlichen Wellen trennen lassen und - idealerweise - ob Wechselwirkung stattfindet.Das Dissertations-Projekt besteht aus drei Hauptarbeitspaketen. Erstens ist die erweiterte tomographische Retrievalmethode in Zusammenarbeit mit Mathematikern der RWTH Aachen zu entwickeln. Zweitens ist eine aktive Rolle in der Kampagne geplant. Drittens werden die entwickelten Werkzeuge auf die während SouthTRAC gewonnenen Daten angewandt und ein physikalisches Verständnis der beobachteten SW und ihrer Quellen gewonnen.

• 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)