POPC4OM: Verständnis der Einwirkung von Populationsdynamik auf die Kopplung zwischen Wolken und Zirkulation auf der Basis von beobachtungsbedingten Modellierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Untiefe Kumuluswolkenfelder sind weitverbreitet in den marinen subtropischen Passatwindgebieten und spielen daher eine wichtige Rolle im Klimasystem der Erde. Systematische Verzerrungen bei der Darstellung solcher Kumuluswolkenfelder in Wetter- und Klimamodellen sind festgestellt worden. Die damit verbundenen Rückkopplungsmechanismen zwischen solchen Wolkenfeldern und dem Klima sind immer noch schlecht verstanden, insbesondere die Kopplung der Wolkenfelder an die großskalige Zirkulation sowie die Rolle, die ihre räumliche Struktur und Organisation spielt. Rezente meteorologische Feldkampagnen in der atlantischen Passatwindregion haben aber relevante neue Data geliefert. Während der EUREC4A-Feldkampagne (ElUcidating the Role of Clouds-Circulation Coupling in ClimAte) in der Nähe von Barbados im Frühjahr 2020 wurden Kumuluswolkenfelder und ihre großräumigere Umgebung mit modernen Messplattformen bemessen, inklusive das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and LOng-range research aircraft). Das Projekt POPC4OM zielt darauf ab, diese Datensätze mit speziellen hochauflösenden Large-Eddy-Simulationen (LES) auf High-Performance Computing (HPC)-Clustern zu kombinieren. Das erste Forschungsziel besteht darin, realistische Simulationen basierend auf HALO-Dropsondenmessungen zu entwickeln, damit diese in der Realität verankert sind. Das zweite Ziel besteht darin, diese Simulationen anhand unabhängiger Wolkenmessungen gründlich zu bewerten, wobei sowohl HALO- als auch Satellitendaten verwendet werden. Das dritte Ziel besteht darin, die Modellergebnisse zu nutzen, um einen besseren Einblick in die Auswirkungen der Dynamik der Kumuluspopulationen auf die Umwandlung der Luftmasse, in die sie eingebettet sind, zu gewinnen, wobei der Schwerpunkt auf der Rolle der räumlichen Organisation und ihrer zeitlichen Entwicklung liegt. Eine erste wichtige Erkenntnis ergibt sich aus der detaillierten Modellauswertung anhand von hochfrequenten GOES-Satellitendaten. Wir haben festgestellt, dass die wichtigsten Aspekte der räumlichen Organisation des Wolkenfelds entlang der mehrtägigen Passatwindbahn gut wiedergegeben werden. Die zweite wichtige Erkenntnis ist die Identifizierung einer besonderen Form der nächtlichen Wolkenorganisation auf Mesoskala in den stromaufwärts gelegenen Gebieten der Passatströmung. Diese bisher unbekannte Form der Organisation, die als "nächtliche Mini-Flowers" bezeichnet wird, unterscheidet sich grundlegend von den größeren und bekannteren "Flower Clouds", die weiter stromabwärts in der Nähe des EUREC4A-Zielgebiets auftreten. Ein deutlicher Unterschied ist das Fehlen der Cold-Pool-Dynamik, die sich in einer ausgeprägten Lücke im horizontalen Energiespektrum der thermodynamischen Zustandsgrößen ausdrückt. Die Ergebnisse des POP4COM-Projekts fördern die Verwendung von Feldkampagnendaten für die hochauflösende Simulation der wichtigsten atmosphärischen Prozesse in unserem Klima. Zweitens erweitern sie unsere Wissensbasis über Wolkenumwandlungen in den Subtropen, und die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wolken und Klima.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2nd Workshop on Cloud Organization (WCO2, Utrecht, May 2022. Diurnal signals in flower cloud organization in the upstream Tradewind regions during EUREC4A
Salima Ghzayel et al.
