Entrainment und Gefrierprozesse in tropischer Konvektion während EC-TOOC

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Mayer
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502206049

Wolken sind ein wichtiger Bestandteil des Klimasystems der Erde. Sie beeinflussen den Strahlungshaushalt, den Wasserkreislauf und die globale Zirkulation, wobei den Tropen eine Schlüsselrolle zugestanden wird. Diese Region zeichnet sich durch den Übergang von flacher Kumulusbewölkung in den Passatwind-Regionen zu tiefer Konvektion in der innertropischen Konvergenzzone aus. Dieses Zusammenspiel von Wolken und großskaliger Zirkulation soll durch die EC-TOOC Kampagne besser verstanden werden, wozu dieser Antrag beiträgt. Dies soll durch den Einsatz unseres hyperspektral abbildenden Wolken-Spektrometers specMACS an Bord des Forschungsflugzeug HALO geschehen, mit dem wir Messungen der Wolkenmorphologie und von mikrophysikalischen Prozessen bereitstellen wollen. Zu den für unseren Antrag relevanten Größen gehören die Wolkenoberfläche und ihre Bewegung, welche stereographisch aus zweidimensionalen RGB-Bildern abgeleitet werden, der Grad der Vereisung der Wolke, der durch spektrale Strahldichtemessungen bestimmt wird, sowie der mittlere Tropfenradius und dessen Varianz, die von Messungen optischer Phänomene (Wolkenbogen und Glorie) abgeleitet werden. Zusätzlich werden unsere Messungen eine zweidimensionale Wolkenmaske liefern, die die Interpretation anderer Beobachtungen während EC-TOOC unterstützt. Unsere Messungen werden auch zur Validierung der kurzwelligen Kanäle von EarthCARE/MSI genutzt werden. Mit unseren Messungen sollen turbulente Mischungsprozesse von Wolken mit ihrer Umgebung untersucht werden. Diese Prozesse bestimmen maßgeblich die Entwicklung von Wolken. So kann das Einmischen (Entrainment) den Auftrieb von Wolken abschwächen, während das gegensätzliche Detrainment das Wachstum zukünftiger Wolken fördern kann. Dazu wollen wir die statistischen Eigenschaften der Bewegung des Wolkenrands analysieren, da diese Informationen über die turbulente kinetische Energie, sowie Regionen bevorzugten Entrainments bzw. Detrainments beinhalten kann. Zusätzlich soll die Skalierbarkeit des dreidimensionalen Wolkenrands untersucht werden, wobei Änderungen auf Unterschiede im homogenen bzw. inhomogenen Charakter des Mischungsprozesses hindeuten können. Insbesondere bei Mischphasen-Wolken ist der Einfluss von Mischungsprozessen kaum verstanden. Es wird jedoch vermutet, dass diese das Gefrieren der Wolke beeinflussen und damit optische Eigenschaften sowie die Produktion von Niederschlag verändern können. Darum soll zusätzlich untersucht werden, wie der Anteil gefrorenen Wassers in der Wolke mit der Höhe zunimmt. Hierbei soll insbesondere der Einfluss der Breite des Tropfenspektrums analysiert werden, das zum Teil durch turbulentes Mischen mitbestimmt wird. Die hierdurch gewonnen Daten können relevant für die Modellierung des Gefrierprozesses sein, da die Breite des Tropfenspektrums kaum in derzeitigen mikrophysikalischen Modellen vorhergesagt wird.

• 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)
• Mitverantwortliche: Dr. Fabian Hoffmann; Dr. Tobias Zinner