Quantifizierung von Aerosoleffekten in warmen Wolken mit dem Wolke-für-Wolke-Ansatz

• Antragsteller: Dr. Matthias Tesche
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554555011

Atmosphärische Aerosolpartikel, die als Wolkenkondensationskerne (CCN) wirken, werden für die Bildung warmer Flüssigwasserwolken benötigt. Änderungen der CCN-Konzentration wirken sich jedoch auf die makro- und mikrophysikalischen Eigenschaften dieser Wolken aus. Veränderungen der Albedo, Entwicklung, Phase, Lebensdauer oder Regenrate von Wolken wirken sich wiederum auf den Energiehaushalt der Erde aus. Der sich daraus ergebende effektive Strahlungsantrieb durch Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen (ACI) und der entsprechenden Anpassungen steht zwar seit mehreren Jahrzehnten im Mittelpunkt der Atmosphärenforschung, ist aber nach wie vor der größte Unsicherheitsfaktor bei der Bewertung des Klimawandels durch den IPCC. Satellitenbeobachtungen mit ihrer globalen Abdeckung und Fülle von beobachteten Wolken- und Aerosolparametern werden in großem Umfang genutzt, um das Ausmaß und die Bedeutung der verschiedenen ACI-Mechanismen zu quantifizieren - was nicht immer zu einheitlichen Schlussfolgerungen führt. Abgesehen von den technischen und methodischen Herausforderungen bestehen die wichtigsten Einschränkungen darin, dass (i) Studien, die auf Beobachtungen aus der polaren Umlaufbahn beruhen, sich auf Momentaufnahmen zu festen Überflugzeiten beschränken und (ii) dass uns noch immer zuverlässige Informationen über CCN-Konzentrationen fehlen, die für solche Studien verwendet werden könnten. Die jüngsten Aktivitäten des Antragstellers bieten einen neuen Ansatz zur Lösung beider Probleme. Das hier vorgeschlagene Projekt wird unser Verständnis von ACI-Mechanismen auf der Grundlage weltraumgestützter Beobachtungen von Aerosolen und Wolken verbessern, indem Momentaufnahmen von polarumlaufenden Sensoren mit zeitlich aufgelösten Beobachtungen von geostationären Sensoren kombiniert werden. Kürzlich entwickelte Methoden, um (i) die Position und Entwicklung einzelner Wolken in geostationären Beobachtungen zu verfolgen und (ii) höhenaufgelöste aerosolspezifische CCN-Konzentrationen aus polarumlaufenden Lidar-Beobachtungen abzuleiten, haben zu einem neuartigen Ansatz geführt, der (i) einzelne Wolken mit (ii) den sie umgebenden CCN-Konzentrationen und (iii) meteorologischen Re-Analysefeldern zusammenführt. Im Rahmen des Projekts wird ein Datensatz von mehr als 15 Jahren für ausgewählte Zielregionen erstellt, der als erster seiner Art wolkenrelevante Aerosolkonzentrationen auf Wolkenhöhe systematisch mit Informationen über sich entwickelnde Wolken unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen in Beziehung setzt. Anhand des Datensatzes soll untersucht werden, welche direkten Auswirkungen Aerosolstörungen auf die Helligkeit, die Tröpfchenzahlkonzentration und die Tröpfchengröße von Flüssigwasserwolken haben und wie sich die gestörten Wolken an diese Veränderungen anpassen. Die daraus resultierenden prozessspezifischen Empfindlichkeiten werden dazu beitragen, die Rolle von ACI im Klimasystem weiter einzugrenzen und die Genauigkeit von Klimaprojektionen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen