Eine GRey-zone Ensemble-Analyse für TEAMx

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Jan Keller; Dr. Annika Oertel
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563995249

Die meteorologische Feldkampagne TEAMx in den Alpen im Jahr 2024-25 wird Beobachtungen der Gebirgsgrenzschicht in noch nie dagewesenem Detailgrad liefern. Die Kampagne verfolgt eine nahtlose Beobachtungsstrategie zur Messung von Atmosphärenprozessen auf der Meso- und Mikroskala in einem Transekt vom Inntal in Österreich zum Etschtal in Italien. Lücken zwischen Punktmessungen, z.B. an Wetter- und Eddy-Kovarianz- Stationen, werden durch kontinuierliche Beobachtungen von boden- und flugzeuggestützten Fernerkundungsplattformen (z.B. Doppler-Wind-Lidare und Wasserdampf-Lidare) ergänzt. In der derzeitigen Praxis werden solche Messungen allerdings nur qualitativ integriert, aber nicht zu einem konsistenten Datensatz zusammengeführt, so dass der Informationsgehalt der wertvollen Messungen oft nicht voll ausgeschöpft werden kann. Das Ziel dieses Projekts ist es, Informationen aus den verschiedenen TEAMx-Beobachtungen in einen einfach zu verwendenden, konsistenten 4D Datensatz zu integrieren. Die geplante Forschung liefert sowohl die Methodik zur Erstellung eines gegitterten Datensatzes, der den Atmosphärenzustand mit einer Auflösung von unter einem Kilometer repräsentiert, als auch den Analysedatensatz selbst, der das Messgebiet und die Intensivbeobachtungsperioden abdeckt. Letzterer wird von der TEAMx-Gemeinschaft (etwa 100 Wissenschaftler:innen weltweit) für verschiedene Forschungszwecke genutzt werden. Die Berechnung der TEAMx-Analyse basiert auf Ensemblesimulationen mit dem numerischen Wettervorhersagemodell (NWV) ICON und auf dem konvektiv-skaligen Ensemble-Datenassimilationssystem (DA) KENDA. Diese werden bei den nationalen Wetterdiensten Deutschlands und der Schweiz für die operationelle NWV eingesetzt. Hier werden sie zum ersten Mal verwendet, um Analysen mit 500- und 125-m-Gitterweite zu erstellen. Solche Auflösungen, die denen zukünftiger NWV-Systeme entsprechen, liegen in der so genannten 'Grey Zone' der Turbulenz, für welche es noch keine Best Practice für die Turbulenzparametrisierung gibt. Die geplante Forschung verbessert DA-Algorithmen, um Analysen in der 'Grey Zone' zu ermöglichen. Eine Herausforderung besteht darin, Hintergrund- und Beobachtungsfehler auf die effektivste Weise darzustellen und Auswirkungen verschiedener Fehlerquellen (z.B. systematische Modellfehler) auf die Assimilation zu verringern. Die Entwicklung einer Methode zur Erstellung von Kampagnenanalysen in sub-km- Auflösung ist längst hinfällig. Als erste ihrer Art wird die TEAMx-Kampagnenanalyse als Vorlage für viele zukünftige Kampagnen dienen. Die Partnerschaft umfasst führende österreichische und deutsche Universitäten im Bereich der Atmosphärenwissenschaften sowie die Forschungsabteilungen der nationalen Wetterdienste Deutschlands und der Schweiz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Knippertz
• Kooperationspartner: Dr. Marco Arpagaus; Professor Dr. Mathias Rotach; Dr. Stefano Serafin; Professor Dr. Martin Weissmann