Charakterisierung der räumlichen Variabilität von Eiswassergehalt in und unter Mischphasenwolken (B08#)

• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268020496

Die Prozesse, die die räumliche Variabilität des Eiswassergehalts (IWG) in Mischphasenwolken (MPW) bestimmen, sind nicht ausreichend erforscht. Deswegen wird ein Forschungsprojekt vorgeschlagen, welches sich explizit dem Verständnis und der Quantifizierung dieser Prozesse widmet. Es ist zwar eine Herausforderung, diese MPW Prozesse direkt zu beobachten, jedoch können Fingerabdrücke der dominierenden MPW Prozesse in verbesserten Flugzeugbeobachtungen von IWG und Schneefallrate (SR) identifiziert werden. Dafür werden Beobachtungen verwendet, die während der ACLOUD Kampagne 2017 sowie weiteren (AC)3 Flugzeug Kampagnen gemacht wurden, bzw. die bei der für 2021 geplanten HALO-(AC)3 Kampagne gemacht werden. Bei ACLOUD und HALO-(AC)3 flogen bzw. fliegen mindestens zwei Flugzeuge in einer Tandemformation wodurch kollokierte in situ und Fernerkundungsmessungen zur Verfügung stehen. Auf Basis dieser seltenen Tandemdatensätze wird ein nahtloses Umkehr Verfahren (engl. Retrieval) entwickelt, welches auf der Bayesschen Optimal Estimation Theorie basiert: Die flugzeuggebundenen Fernerkundungs- und in situ Daten werden kombiniert, um die in situ Daten nicht nur für die Datenpunkte zu verwenden, an denen sie gemessen wurden, sondern für alle vom Radar erfassten Wolkenbereiche. Dafür wird ihr Gewicht im Umkehr Verfahren proportional zum Abstand zwischen Radar und in situ Messung unter Berücksichtigung der Autokorrelationslängen der gemessenen Parameter gewählt. Dadurch kann berücksichtigt werden, wie sich der Informationsgehalt der in situ Messungen mit zunehmendem Abstand verringert. So können alle verfügbaren Informationen kombiniert werden und die vertikale und horizontale Variabilität von IWG und SR in und unter Wolken kann mit hoher räumlicher Auflösung bestmöglich bestimmt werden. Basierend auf den verbesserten Beobachtungsverfahren wird die beobachtete IWG Variabilität mit andern Mikro- und Makrophysikalischen Wolkeneigenschaften (z.B. dominierender Eispartikelwachstumsprozess, Wolkentyp, Flüssigwassergehalt, Wolkendicke, Variabilität von Wolkenphase an der Wolkenoberseite, turbulente Koppelung mit der Oberfläche) verknüpft. Ein besonderer Fokus wird auf die vertikale IWG Variabilität und den daraus resultierenden Einfluss auf die Massenflüsse von Eiskristallen gelegt. Dafür kann man nicht nur auf die umfangreichen Flugzeugmessungen zurückgreifen, sondern auch auf die bodengebundenen Beobachtungen in Ny-Ålesund und von der PASCAL Kampagne. Dadurch werden nicht nur die Prozesse identifiziert, die für die Quellen und Senken von IWG in der Atmosphäre am wichtigsten sind, sondern auch auf welchen räumlichen Skalen diese Prozesse aktiv sind. Simulationen mit dem ICON-LEM Atmosphärenmodel werden analysiert, um Unterschiede in der Darstellung von IWG zu identifizieren. Durch Anwendung der gleichen mikro- und makrophysikalischen Wolkenklassifikationen wie bei den Beobachtungen werden die Modellparametrisierungen identifiziert, die verbessert werden müssen.

• DFG-Verfahren: Transregios
• Teilprojekt zu: TRR 172: Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen (AC)3
• Antragstellende Institution: Universität Leipzig
• Teilprojektleiter: Dr. Maximilian Maahn