Luftmassen-Herkunft, -Transport und -Mischung in Verbindung mit trockenen Intrusionen (ORIGAMI-DI)

• Antragsteller: Dr. Daniel Kunkel
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552781579

Außertropische Zyklonen sind das dominierende meteorologischen Phänomen in den mittleren Breiten. Sie bestimmen unser tägliches Wetter auf lokaler Ebene, während sie auf großer Skala wesentlich zum Energietransport von niedrigen zu hohen Breiten beitragen. Innerhalb von Zyklonen existieren mehrere zusammenhängende Luftströme, von denen einige feuchte und potenziell verschmutzte Luftmassen effizient von bodennahen Schichten in die mittlere und obere Troposphäre heben können. Im Gegensatz dazu sinkt einer der Luftströme von der oberen in die untere Troposphäre und gegebenenfalls in die planetare Grenzschicht. Diese sogenannte trockene Intrusion transportiert Impuls und trockene Luftmassen mit signifikanten Auswirkungen auf das lokale Wetter. In unserer Studie streben wir ein umfassenderes Verständnis der dynamischen Faktoren an, die die Entwicklung der Luftmassenzusammensetzung der trockenen Intrusion bestimmen. Hierfür messen wir Spurengase an Bord des Forschungsflugzeugs HALO während der NAWDIC-HALO-Kampagne und untersuchen drei Regionen der trockenen Intrusion. Erstens verwenden wir unsere Spurenstoffe mit spezifischen Quellen (CO, CH4, C2H6, N2O), um verschmutzte Luftmassen sowie Luftmassen zu identifizieren, die kürzlich Kontakt mit der Stratosphäre hatten. Zusammen mit kinematischen Trajektorien auf Basis der ERA5 Reanalyse wird es uns möglich sein zwischen den Transportwegen der Luftmassen zu unterscheiden, bevor sie in die Ursprungsregion der trockenen Intrusion gelangen. Wir werden dabei zwischen quasi-horizontalem und vertikalem Transport sowie Abstieg aus der Stratosphäre unterscheiden können. Zweitens ermöglicht uns die Messung der Spurenstoffe in der Tropopausenregion zu erkennen, ob die Luftmassen Mischungsprozessen oder einem Austausch zwischen Stratosphäre und Troposphäre ausgesetzt waren. Insbesondere werden wir feststellen können, ob stratosphärische Luftmassen in die trockenen Intrusion gelangen bevor diese absteigt. Unsere beobachtungsgestützte Analyse wird durch Daten aus der ERA5 Reanalyse und von hochauflösende ICON Modellsimulationen ergänzt, um neue Erkenntnisse über die Dynamik der kleinskaligen Mischungsprozesse zu gewinnen. Drittens zielen wir darauf ab, den Abwärtstransport innerhalb der trockenen Intrusion zu untersuchen. Mit unseren Messungen möchten wir analysieren, wie kohärent die trockenen Intrusion ist sowie wann und wo Mischungsprozesse entlang des Abstiegs auftreten. Dies ist besonders interessant für einen potenziellen Abwärtstransport von Ozon, das aus der Stratosphäre oder aber auch aus verschmutzten Luftmassen stammen kann, aus der Tropopausenregion in die Grenzschicht. Insgesamt streben wir durch eine Kombination aus hochauflösender Spurenstoffmessung mit eulerischer und lagrangescher Modellanalyse ein umfassenderes Verständnis für den Ursprung, Transport und weiteren Verlauf von Luftmassen in trockenen Intrusionen im Zusammenhang mit groß- bis kleinskaligen dynamischen Prozessen an.

• 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. Heiko Bozem; Professor Dr. Peter Hoor