Untersuchung der Rolle von Fragmentierung von Eispartikeln durch Kombination von Superpartikelmodellierung, Laboruntersuchungen und polarimetrischen Radarbeobachtungen

• Antragsteller: Dr. Stefan Kneifel; Dr. Axel Seifert; Privatdozent Dr. Miklós Szakáll
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492234709

Im Projekt FRAGILE beabsichtigen wir spektrale, polarimetrische Mehrfrequenzradarbeobachtungen mit neuartigen Lagrangen Superpartikelmodellen und Laborstudien zu kombinieren, um eismikrophysikalische Prozesse in Wolken zu untersuchen. Übereinstimmend mit früheren Studien, finden wir in polarimetrischen Radarbeobachtungen klare Hinweise auf die Bildung von neuen Eiskristallen, insbesondere innerhalb der Wachstumszone von dendritischen Partikeln. Die Fragmentierung von Eis- und Schneepartikeln wird seit vielen Jahren als potenzieller Kandidat für die Erklärung dieser Radarmerkmale diskutiert, aber unser derzeitiges Wissen über diesen Prozess ist immer noch sehr unzureichend. In FRAGILE möchten wir neue Laborexperimente durchführen, u.a. Kollisionsexperimente in einem Kälteraum und in einem gekühlten Windkanal, um eine mögliche Fragmentierung von Schneeflocken oder bereiften Partikeln direkt zu beobachten und zu quantifizieren. Die Ergebnisse der Laborexperimente werden dabei helfen Modellparametrisierungen zu verbessern. Die Modellsimulationen werden wir in synthetischen Radarsignaturen umwandeln, um sie dann mit unserem vorhandenen mehrmonatigen polarimetrischen Wolkenradarbeobachtungen realer Wolken vergleichen zu können. Sobald die numerisch teuren 1D-Lagrange-Superpartikelmodellierung ausreichen mit den Beobachtungen übereinstimmen, werden wir Methoden des maschinellen Lernens anwenden, um Parametrisierungen abzuleiten, welche dann in Wettervorhersagemodellen, wie dem ICON-Modell des Deutschen Wetterdienstes eingesetzt werden können. Falls Fragmentierung ein wesentlicher Mechanismus für die Entstehung kleiner Eiskristalle ist, erwarten wir, dass eine Implementierung von Fragmentierung in Modellen unsere Fähigkeit, die Entwicklung von Wolken und Niederschlag zu simulieren, erheblich verbessern wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2115: Synergie von Polarimetrischen Radarbeobachtungen und Atmosphärenmodellierung (PROM) - Verschmelzung von Radarpolarimetrie und numerischer Atmosphärenmodellierung für ein verbessertes Verständnis von Wolken- und Niederschlagsprozessen