Konvektion und turbulenter Austausch über die Tropopause: ConvEx

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Hoor
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564845058

Konvektion ist ein Schlüsselprozess, der zur chemischen Zusammensetzung der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre (UTLS) beiträgt. Sie transportiert Luftmassen schnell von der Grenzschicht in die obere Troposphäre. Diese Luftmassen können Feuchtigkeit, Aerosole oder Aerosolvorläufer aus unberührten Oberflächenregionen über Südamerika enthalten, die kürzlich als potenziell einflussreich für die Bildung neuer Partikel nachgewiesen wurden. Ebenso können Schadstoffe aus Biomasseverbrennung oder dicht besiedelten Städten zur Tropopause transportiert werden und das natürliche chemische Regime dort stören.Sobald die Tropopause überschritten ist, werden die transportierten Bestandteile Teil der sogenannten extratropischen Übergangsschicht (ExTL). Diese Schicht befindet sich knapp oberhalb der Tropopause und ist durch eine chemische Zusammensetzung gekennzeichnet, die sowohl Eigenschaften der Troposphäre als auch der Stratosphäre aufweist. Diese Region ist äußerst empfindlich gegenüber chemischen Störungen und relevant für Veränderungen im Energiehaushalt der Atmosphäre sowie für das Klima an der Erdoberfläche.In diesem Projekt interessieren wir uns für die Mechanismen des Tropopausenaustauschs im Zusammenhang mit Konvektion und deren Auswirkungen auf die Tropopausenregion. Relevante Mechanismen umfassen konvektive Schwerewellen sowie horizontale und vertikale Windscherungen, die beide zu Turbulenzen an der Tropopause führen. Allerdings stört die Konvektion selbst die dynamische Tropopause erheblich, was die Identifikation dieser Transportschranke anhand meteorologischer Analysedaten stark unsicher macht. Solche Daten erfassen nicht die kleinräumigen Strukturen, die jedoch entscheidend sind, um den Austausch über die Tropopause und schließlich die Spurstoffflüsse zu analysieren.Um dieses Problem zu adressieren, werden wir einen spurenstoffbasierten Ansatz zur Bestimmung der Tropopause verwenden, der das inerte Spurengas N2O nutzt. Dieser Spurstoff erlaubt eine eindeutige Unterscheidung zwischen troposphärischer und stratosphärischer Luft. Insbesondere werden wir eine neuartige Methode einsetzen, die auf neuen Messungen von C2H6 (Ethan) basiert und die es ermöglicht, die obere Grenze der ExTL zu bestimmen.Schließlich interessieren wir uns für den Beitrag der durch konvektive Zellen induzierten Schwerewellen-Turbulenz zur Zusammensetzung der ExTL. Zur Quantifizierung werden wir 100-Hz-Winddaten verwenden, um irreversible Spurstoffflüsse in der Nähe und im Abwindbereich der konvektiven Zellen an der Tropopause abzuleiten. Wir werden dabei einen ähnlichen Ansatz anwenden, der sich bereits für orographisch induzierte Schwerewellen und deren Einfluss auf den turbulenten Spurstofftransport zur Zusammensetzung der ExTL bewährt hat.

• 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)