Abhängigkeit des 3D-Strahlungseffekts von der Wolkenstruktur und -regime

• Antragsteller: Dr. Hartwig Deneke; Professor Dr. Bernhard Mayer
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513446258

Die Forschungsgruppe wird die Auswirkungen von 3D-Strahlungseffekten auf das Klima untersuchen, um diese Effekte in Atmosphärenmodellen sowie Fernerkundungstechniken quantitativ zu berücksichtigen. Projekt 2 (P2) ist hierbei ein Schlüsselprojekt, da es die Werkzeuge und Fachwissen zur 3D-Strahlungstransfer-Modellierung für die Forschungsgruppe bereitstellt. P2 verwendet explizite Vorwärtsmodellierung, um ein verbessertes Verständnis des Ausmaßes und der Auswirkungen von wolkeninduzierten 3D-Strahlungseffekten im Vergleich zu üblichen 1D-Näherungen des Strahlungstransports bzw. schneller 3D-Parametrisierungen zu gewinnen. Obwohl 3D-Strahlungstransportmodelle etabliert sind, ist unser Verständnis von 3D-Strahlungseffekten, ihrer Abhängigkeiten von Wolkeneigenschaften und -struktur, sowie ihrer Relevanz für das Klima nach wie vor begrenzt. Aktuelle Satellitenbeobachtungen und atmosphärische Modelle mit Auflösungen im Kilometerbereich können Wolkenstrukturen nicht vollständig auflösen und es ist nicht geklärt, welche räumlichen Skalen für eine realistische Darstellung von 3D-Effekte berücksichtigt werden müssen. Gleichzeitig wurden die meisten bisherigen Untersuchungen von 3D-Effekten für idealisierte Wolkenszenen gemacht, wodurch die Abhängigkeit vom Wolkentyp bzw. -regime unklar bleibt. Diese Themen sollen durch folgende Forschungsfragen untersucht werden: 1) Wie groß sind systematische Abweichungen und kleinskalige Fluktuationen im Strahlungshaushalt aufgrund von 3D-Effekten? Hängen diese vom Wolkenregime ab? 2) Welche strukturellen und physikalischen Wolkenparameter bestimmen die 3D-bedingte Abweichung und -variabilität? Wie wirken sich systematische und zufällige 3D-Effekte auf satellitenbasierte Wolkenprodukte aus (gemeinsam mit P4)? 3) Wie gut sind die verschiedenen Beobachtungsverfahren in der Lage, relevante Strukturparameter von Wolken aufzulösen? 4) Welche Modell- und Beobachtungsauflösung ist erforderlich, um den 3D-Effekt vollständig zu reproduzieren? Wie hängt diese Auflösung vom Wolkenregime ab (gemeinsam mit P1)? P2 zielt darauf, wolkenbedingte Abweichungen und kleinskalige Fluktuationen in der Strahlung aufzulösen und mit charakteristischen Wolkenstrukturparametern in Beziehung zu setzen, die aus realistischen Wolkenrekonstruktionen und Modellsimulationen gewonnen werden. P2 wird hierzu bestehende 3D-Wolkenrekonstruktionsalgorithmen verfeinern, die aktive und passive boden- und satellitengestützte Fernerkundung kombinieren, um Input für 3D-Strahlungstransportrechnungen zu liefern. Damit soll eine Schätzung der regimeabhängigen Wolkenstrahlungseffekte erzielt werden. Zusammen mit den Projektpartnern besteht das übergeordnete Ziel darin, eine kombinierte modell- und beobachtungsbasierte Rekonstruktion der 3D-Wolkenstruktur zu entwickeln, wobei atmosphärische Modelle Lücken in den Beobachtungen schließen sollen. Hierdurch soll die Berücksichtigung von 3D Effekten in der Klimamodellierung und Fernerkundung ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5626: Wolkenstruktur und Klima - Schließung der 3D-Lücke