Das Projekt "Teilprojekt 4: Wirkung von Aerosoländerungen auf Mischphasenwolken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Ziel des Projekts S1 'Schnelle Anpassungen von Wolken an Aerosole' ist ein verbessertes Verständnis des Effekts von anthropogener Luftverschmutzung (Aerosole) auf Wolken, Strahlung, Niederschlag und das Klima. Dazu werden auf der einen Seite spezielle Simulationen mit dem hochaufgelösten HD(CP)2-Modell entworfen, durchgeführt und analysiert. Dazu wird das Modell um die Darstellung wesentlicher Prozesse erweitert. Auf der anderen Seite werden HD(CP)2-Beobachtungsdaten benutzt, um das Modell zu evaluieren und weiter zu verbessern, und um darauf hinzuarbeiten, die anthropogenen Veränderungen in den Beobachtungen nachzuweisen. In TP4 wird Workpackage (WP) 4 des Projekts S1 bearbeitet. In diesem Teilprojekt wird der Aerosoleinfluss auf Mischphasenwolken, d.h. Wolken, die sowohl Eis als auch unterkühltes Flüssigwasser enthalten können, untersucht. Insbesondere werden heterogene Eisnukleationsprozesse und deren Relevanz für die Niederschlagsbildung mit Hilfe von verbesserten Modellsimulationen und Vergleich mit Beobachtungsdaten analysiert.
Das Projekt "Field and laboratory studies of the chemical composition and mixing state of black carbon particles and their ability to act as cloud condensation and ice nuclei" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institut für Atmosphäre und Klima durchgeführt. Summary and background: Black carbon (BC) aerosols influence the Earth's radiative budget directly by absorbing incoming solar radiation and indirectly by acting as cloud condensation nuclei (CCN) and ice nuclei (IN), and thereby changing microphysical and radiative properties of the clouds. The influence of BC on warm, mixed-phase and cold cloud indirect effects is highly uncertain due to an insufficient characterization of BC-sources, insufficient information on the physico-chemical properties of ambient BC particles, and an inadequate understanding and hence description of the aerosol-cloud interactions and microphysical processes applied in climate models. We propose to perform field and laboratory studies of the chemical composition and mixing state of BC particles and their ability to act as cloud condensation and ice nuclei. The results will help to understand the dependence of water and ice nucleating behavior of BC particles on their chemical composition and mixing state, and to identify distinct BC sources. Aims and relevance: The understanding and investigation of climate change and related atmospheric processes is a highly topical research field and subject of academic and public interest. The recent 2007 report of the IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) stressed the need to improve our understanding of the aerosol radiative forcing component for constraining it's climate impact more accurately. The lack of understanding of the aerosol effects on climate is mainly due to the lack of knowledge of aerosol-cloud interactions. Herein, the proposed laboratory and field experiments will provide new data to improve aerosol-cloud interactions in climate and process-related models and to reduce the uncertainties of the anthropogenic influence on climate via the direct and indirect effect aerosol effects. Moreover, the new measurement approach we propose herein for source apportionment of BC particles, i.e. identify and quantify distinct BC sources, is of interest for local climate change estimates and questions related to air pollution and public health. This is due to the fact that our field measurements focus on particles emitted locally (in Switzerland) and transported on a regional scale. However, the role of BC emissions from residential heating is far more important in other region of the world.
Das Projekt "Der Einfluss von biologischen Strukturen auf die Eisnukleation - eine experimentelle Studie zur Klimaforschung - Amadée 2010-11" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Materialchemie (E165) durchgeführt. Für das Wetter- und Klima-System der Erde sind Wolken von herausragender Bedeutung. Zum einen kühlen sie die Erde, dadurch dass sie einen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung reflektieren. Zum anderen wärmen sie, in dem sie die Sonnenstrahlung absorbieren und von der Erdoberfläche emittierte Infrarotstrahlung zurückhalten. Der jüngste Bericht des IPCC präsentiert Wolken und Aerosole als die größten nicht-menschlichen Unsicherheitsfaktoren in der Strahlungsbilanz der Erde. Es ist seit langem bekannt, dass Aerosole das Klima indirekt durch die Wechselwirkung mit den Wolken beeinflussen. Aerosole können den Lebenszyklus einer Wolke signifikant verändern. Zum Beispiel kann eine veränderte Aerosolzusammensetzung die dafür verantwortlich sein, dass sich Eiswolken bei niedrigerer Wasserübersättigung oder wärmeren Temperaturen bilden (Baker 2008). Der Einfluss der Aerosole auf die Bildung von Eiswolken ist aber ein komplexes Phänomen. Dieses kann über verschiedene Reaktionswege ablaufen, die gemeinhin als Deposition, Kondensation, Immersion und Kontaktnukleation bezeichnet werden. Jeder dieser Prozesse hängt ab von der Luftfeuchte, der Temperatur und den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Aerosolpartikel. Kenntnisse dieser Prozesse sind notwendig um die Auswirkungen von Zirrus- und Mischphasen-Wolken auf das Klima besser zu beschreiben und zu evaluieren.
Das Projekt "Die Eisnukleationsaktivität kohlenstoffhältiger Partikel - CarboEis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Materialchemie (E165) durchgeführt. Wolken sind essentielle Bestandteile des irdischen Klimasystems, von Wetterphänomenen und dem Wasserkreislauf. Die mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken bestimmen das Rückstreuvermögen der Wolken im sichtbaren und infraroten Bereich des Spektrums, sowie deren Lebensdauer. Beide Effekte sind äußerst wichtig für den Einfluss der Wolken auf die Strahlungsbilanz des Systems Erde-Atmosphäre, und, zusammen mit den Niederschlagseigenschaften von Wolken, für das globale Klima. Der Einfluss von Eiswolken auf die Strahlungsbilanz der Erde ist noch immer offen, da einerseits das größere Rückstreuvermögen von Eiswolken zu einem Kühlungseffekt führen sollte, aber, da Eiswolken leichter ausfallen, sie das Gesamtrückstreuvermögen von Wolken verringern können und so, andrerseits, zu einem erwärmenden Effekt führen könnten. Bei all diesen Prozessen spielen Aerosolpartikel eine entscheidende Rolle, sei es als Wolkenkondensationskerne für flüssige Wolkentröpfchen oder als Eiskerne für die Bildung von Eiskristallen. Während die Bildung von Tröpfchen in warmen Wolken eingehend untersucht wurde, ist über Eiswolken und ihre Bildung noch viel weniger bekannt. Verschiedene Mechanismen zur Bildung von Eiskristallen sind bekannt, aber trotzdem ist die Chemie und Struktur von Eiskernen noch immer nicht ausreichend verstanden. Eiskerne können sehr unterschiedliche chemische Zusammensetzung haben. Die Fähigkeit zur Eisbildung (kurz: Eiskernfähigkeit bzw. Eiskernaktivierung) von z.B. Mineralstaubpartikeln ist relativ gut untersucht, jedoch ist über kohlenstoffhaltige oder biologische Partikel und deren Eiskernfähigkeit wenig bekannt. In diesem Projekt liegt der Schwerpunkt auf den Eiskernfähigkeiten von kohlenstoffhaltigen Partikeln, insbesondere auf Rußpartikeln und sekundären organischen Aerosolpartikeln. Laborstudien ihrer Eiskernfähigkeit geben oft widersprüchliche Resultate und legen nahe, dass die theoretischen Modelle der Eisnukleation in ihrem Ansatz eventuell zu stark vereinfacht sind, um die Komplexität heterogener Eiskernaktivierung zu beschreiben. Insbesondere die Darstellung der Oberfläche eines Partikels, sowie eine mögliche Zeitabhängigkeit der Eiskernaktivierung, sind noch unklar. Die Existenz so genannter 'active', d.h. Stellen auf Partikeln, an denen sich Eis bevorzugt bildet, ist weitgehend akzeptiert. Wir planen, die Struktur und Eiskernaktivierung von Partikeln im Hinblick auf ihre 'active sites' im Labor unter wohl definierten Bedingungen zu untersuchen. Wir werden die Eisbildung an einer großen Vielfalt von wohl bestimmten Eiskernen unter Bedingungen bzgl. Temperatur und Kühlrate untersuchen, die auch bei der Bildung von Zirrus Wolken eine Rolle spielen.