Ziel von WP 2.4-TP1 ist ein verbessertes Verständnis des Mineralstaubkreislaufs hinsichtlich seiner Rolle und Rückkopplung in Eiszeit-Warmzeit-Zyklen und den damit einhergehenden Mechanismen. Im Rahmen des Vorhabens sollen die numerischen Atmosphäre-Tracertransport Modellsysteme COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM zur Simulation des atmosphärischen Staubkreislaufs genutzt werden um das Staubmodul im CESM-Erdsystemmodell (Community Earth System Model, siehe Teilprojekt 2.4-TP2) hinsichtlich der Darstellung des Staubkreislaufs zu verbessern. Der Arbeitsplan besteht aus drei Teilen: 1) Bewertung und Optimierung des Staubemissionsmoduls im Erdsystemmodell anhand der Modellkaskade COSMO-MUSCAT (Regionalmodell) - ECHAM6-HAM (Globalmodell) - Erdsystemmodell; Verbesserung der Darstellung von glazigenen Staubquellen in den Modellen. 2) Sensitivitätsstudien mit den Modellen COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM: Die höhere raum-zeitliche Auflösung der Modelle COSMO-MUSCAT und ECHAM6-HAM erlaubt eine detailliertere Auswertung der den Staubkreislauf antreibenden, wechselwirkenden und ausprägenden Mechanismen. Hoch-auflösende Modellsimulationen für ausgewählte Zeitscheiben werden mit den Ergebnissen der Erdsystemmodelle initialisiert, durchgeführt und im Vergleich zu den Erdsystemmodell Ergebnissen ausgewertet. Diese die Erdsystemmodellsimulationen begleitenden Simulationen geben weiter Aufschluss über die Genauigkeit des in Teil 1 im Erdsystemmodell optimierten Staubemissionsmoduls sowie die Abbildung des Staubkreislaufs und seinen Kontrollen. 3) Modellvalidierung gegen moderne Bobachtungsdatensätze wie die des Sonnenphotometer Messnetzes und Satelliltenbeobachtungen für Simulationen in der heutigen Zeit.
In diesem Teilprojekt im Rahmen des HD(CP)2 Projekts (Monat 1-18) werden Anzahlverteilungen von Aerosolpartikeln unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung simuliert, und die Anzahl von Wolkenkondensationskeimen sowie Eiskeimen abgeleitet. Als Eiskeime dienen insbesondere Mineralstaubpartikel, die von der Sahara nach Europa transportiert werden. Die Simulationen werden für den für HD(CP)2 relevanten Zeitraum für Nordwesteuropa durchgeführt. In den Monaten 13-30 läuft dann das Partnerprojekt (M3 Teil 2), die Zusammenarbeit wird durch Treffen in Karlsruhe und Leipzig gewährleistet. Die Aerosolverteilungen werden mit COSMO-MUSCAT Simulationsrechnungen berechnet. Die horizontale Gitterauflösung wird 14 km oder höher sein. Die Modellergebnisse werden mit bereits vorhandenen Beobachtungsdaten (PM10-Konzentrationen, Aerosol Optische Dicken vom Aeronet Netzwerk, Lidardaten vom Earlinet Netzwerk), sowie Beobachtungsdaten die im Rahmen von HD(C)2 genommen werden, evaluiert.
In Rahmen dieses Projektes sollen aus den mit dem Modell COSMO-MUSCAT berechneten Aerosolkonzentrationen und chemischer Zusammensetzung die Konzentrationen von Wolkenkondensationskeimen und Eiskeimen für die hochaufgelösten HD(CP)2-Simulationen berechnet werden. Diese Eingangsdaten werden für den kompletten Simulationszeitraum erzeugt, sowie geeignete Spezialfälle für die Sensitivitätsexperimente im Projekt M2 ausgewählt. In den Monaten 1-18 läuft das Partnerprojekt (M3 Teil I). Die Zusammenarbeit zwischen Teil I und Teil II beginnt in den Monaten 1-12 durch Treffen in Leipzig und Karlsruhe und Austausch über E-Mail und Telefon. Ab Monat 13 wird in Teil II ein/e Postdoktorandin auf diesem Projekt beschäftigt. In den Monaten 13-21 wird eine geeignete Wolkenkondensationskeim-Parameterisierung ausgewählt und mit den simulierten Aerosolfeldern gekoppelt. In den Monaten 22-27 (Vorarbeiten ab Monat 9) wird außerdem eine Eiskeim-Parameterisierung für das HD(CP)2-Modell entwickelt.