Das Projekt "Teilprojekt 4: Einfluss von Konvektion auf Zirruswolken im ICON GCM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der durch Konvektion verursachten Eiswolken in Beobachtungen und Modellsimulationen, die Evaluation der Modellsimulationen bezüglich des Einflusses von Konvektion auf Eiswolken und eine verbesserte Darstellung dieses Einflusses im Modell. Anhand von ausgewählten Fallstudien wird der Einfluss der Bodentemperaturen und des atmosphärischen Temperaturprofils auf den konvektiven Transport in die obere Troposphäre und die konvektiv erzeugten Eiswolken untersucht und die Abhängigkeiten mit Simulationen für ein sich veränderndes Klima verglichen. Die Ergebnisse werden mit den Erwartungen gemäß der FAT Hypothese und des IRIS Effektes verglichen. In WP3 werden die von ICON-LES, ICON-NWP und ICON-GCM simulierten Eiswolken evaluiert, wobei insbesondere der Bedeckungsgrad und der Wassergehalt der Wolken betrachtet wird. In WP5 wird die Eiswolkenparametrisierung weiterentwickelt und besonderes Augenmerk gelegt auf die Entwicklung der Eiswolkenfelder aufgrund von konvektivem Einfluss. Die zeitliche Entwicklung von Eiswassergehalten, Bedeckungsgraden und räumlicher Feuchtevariabilität wird untersucht. Die Parametrisierung wird für ausgesuchte Fallstudien getestet. Die Sensitivität des Konvektiven Einflusses auf Eiswolken bezüglich des Temperaturprofils wird untersucht.
Das Projekt "Wolken- und Niederschlagsprozesse im Klimasystem HD(CP)2: Projekt S3 - Ungleichgewichts-Eis-Wolken-Physik in einem statistischen Wolken-Schema" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen durchgeführt. Ein auf einer expliziten Statistik (PDF) des totalen Wassergehaltes basierendes Wolkenschema wird hinsichtlich der Darstellung der Eisphase modifiziert. Die Annahme der Eiswolkenbildung bei Sättigung wird aufgegeben, um eine physikalisch konsistente Beschreibung der Wolkeneigenschaften und des Feuchtefeldes zu erreichen. Durch die korrekte Behandlung der Bildung und Entwicklung von Zirren in eisübersättigten Gebieten weitab des thermodynamischen Gleichgewichtes wird ein fundamentaler Modellfehler behoben. Mischphasenwolken und reine Eiswolken sollen getrennt beschrieben werden. Die Projektergebnisse werden mit hochauflösenden Simulationen und Beobachtungen evaluiert. AP 1: Fraktioneller Eiswolken-Bedeckungsgrad Einführung des prognostischen Bedeckungsgrades und Ableitung des Eiswassergehaltes. Bewertung der Budgetprozesse mit M5-/S4-Ergebnissen AP 2: Mischphasen-Wolken Koexistenz des prognostischen mit dem ursprünglichen diagnostischen Bedeckungsgrad. Bewertung der Eispartikelkonzentrationen mittels M2-Resultaten AP 3: Beobachtungs-basierte Statistik Analyse flugzeug-getragener Messungen des totalen Wassergehaltes in Zirren. Bewertung der Eignung der ß-PDF für Zirren AP 4: Evaluierung Evaluation bezüglich Eisübersättigter Gebiete (S1); Wolkeneigenschaften (M5); PDFs der subgridskaligen Variabilität verschiedener Variablen (S6); Eiswasserpfad (O2).
Das Projekt "Teilprojekte 3 und 5: Revidierte Aerosolbeschreibung in ICON-LES und Untersuchung statistischer Zusammenhänge zwischen Eiswolken und Aerosolen zur Evaluierung von Modellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. 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. Basierend auf den Resultaten von Phase 1 wird in TP3 eine neue dreidimensionale Verteilung von Strahlungseigenschaften von Aerosolpartikeln entwickelt. Besonders deutliche Wolkeneffekte werden für stark absorbierende Aerosolpartikel erwartet. Diese Effekte werden mit dem ICON GCM sowie dem ICONLES untersucht. In TP5 'Statistische Zusammenhänge zwischen Eiswolken und Aerosolen zur Evaluierung von Modellen' werden HD(CP)2 Beobachtungsdaten verwendet, um statistische Zusammenhänge zwischen Aerosol- und Wolkeneigenschaften zu erhalten. Die abgeleiteten Ergebnisse bilden eine Basis für die Evaluierung des HD(CP)2 Modells in Bezug auf Aerosol und Wolkeneigenschaften. Die Arbeiten in TP3 werden in 4 Schritten durchgeführt: 1: Entwicklung von Aerosolszenarien für die Jahre 2013 und 1985 ('peak aerosol') zur Vorbereitung der Modellexperimente; 2: Berechnung der Verteilung von Aerosoleigenschaften (Strahlungseigenschaften und Wolkenkondensationskeime bzw. Eiskeime) mit ICON-HAM bzw. Reanalysefeldern; 3: Abschätzung der Verteilung von Eiskeimen zusätzlich zu Mineralstaub (Pollen, Metalle); 4: Berechnung des semidirekten Aerosoleffekts im ICON Modell.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Wolkenmodell, Vertikaltransport, Vergleich mit Wolkenradar- und LIDAR-Messungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Wetterdienst durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der durch Konvektion verursachten Eiswolken in Beobachtungen und Modellsimulationen, die Evaluation der Modellsimulationen bezüglich des Einflusses von Konvektion auf Eiswolken und eine verbesserte Darstellung dieses Einflusses im Modell. Anhand von ausgewählten Fallstudien wird der Einfluss der Temperatur auf den konvektiven Transport in die obere Troposphäre und konvektiv erzeugte Eiswolken untersucht und die Abhängigkeiten mit Simulationen für ein sich veränderndes Klima verglichen. Die Ergebnisse werden mit den Erwartungen gemäß der FAT Hypothese und des IRIS Effektes verglichen. In WP1 wird ein neuartiges Partikel-basiertes Wolkenmodell entwickelt, mit dessen Hilfe die Prozesse, die zur Bildung konvektiver Eiswolken führen, im Detail untersucht werden können. Anhand von Simulationen mit ICON werden Prozessstudien durchgeführt und Sensitivitäten bezüglich der wolkenmikrophysikalischen Annahmen quantifiziert. In WP3 werden die von ICON-LES, ICON-NWP und ICON-GCM simulierten Eiswolken evaluiert, wobei insbesondere der Bedeckungsgrad und der Wassergehalt der Wolken betrachtet wird. In WP4 wird der Vertikaltransport von Feuchte und Kondensat durch die Konvektion untersucht. Es werden Modellfehler identifiziert, die den Feuchtetransport in die obere Troposphäre negativ beeinflussen. Anhand von Trajektorienrechnungen wird der physikalische Mechanismus des Feuchtetransportes im Detail untersucht. Basierend auf dem gewonnenen Prozessverständnis werden die Parametrisierungen verbessert und evaluiert. In WP8 werden Wolkenradar- und LIDAR-Messungen verwendet, um die ICON Simulationen, aber auch Satelliten-basierte Produkte, zu verifizieren bzw. zu validieren. Hierzu werden lange Zeitreihen entsprechend der meteorologischen Situation stratifiziert. Des weiteren werden die Algorithmen zur Auswertung des Wolkenradars mit den Messungen des Raman-LIDARs verglichen und gegebenenfalls werden die Algorithmen angepasst und verbessert.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Kondensstreifenzirren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Physik der Atmosphäre 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-Beobachungsdaten benutzt, um das Modell zu evaluieren und weiter zu verbessern, und um darauf hinzuarbeiten, die anthropogenen Veränderungen in den Beobachtungen nachzuweisen. In WP2 ‚Kondensstreifen' wird das hochaufgelöste HD(CP)2-Modell erweitert um eine Darstellung von Kondensstreifenzirren. Mit Hilfe von Beobachtungsdaten soll ermittelt werden, in wie weit dies die Darstellung von Eiswolken im Modell verbessert und wie stark in einer Extremsituation (Kondensstreifenausbruch) der Einfluss auf die synoptische Situation sein kann.
Das Projekt "Teilprojekt 8: Von Validierung über Verständnis zur Modellverbesserung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute for Advanced Simulation (IAS), Jülich Supercomputing Centre (JSC) durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der durch Konvektion verursachten Eiswolken in Beobachtungen und Modellsimulationen, die Evaluation der Modellsimulationen bezüglich des Einflusses von Konvektion auf Eiswolken und eine verbesserte Darstellung dieses Einflusses im Modell. Anhand von ausgewählten Fallstudien wird der Einfluss der Bodentemperaturen und des atmosphärischen Temperaturprofils auf den konvektiven Transport in die obere Troposphäre und den konvektiv erzeugten Eiswolken untersucht und die Abhängigkeiten mit Simulationen für ein sich veränderndes Klima verglichen. Die Ergebnisse werden mit den Erwartungen gemäß der FAT Hypothese und des IRIS Effektes verglichen.
Das Projekt "Teilprojekt 9: Aktive Satellitenfernerkundung von Eiswolken für Modellevaluierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Meteorologie durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der durch Konvektion verursachten Eiswolken in Beobachtungen und Modellsimulationen, die Evaluation der Modellsimulationen bezüglich des Einflusses von Konvektion auf Eiswolken und eine verbesserte Darstellung dieses Einflusses im Modell. Anhand von ausgewählten Fallstudien wird der Einfluss der Bodentemperaturen und des atmosphärischen Temperaturprofils auf den konvektiven Transport in die obere Troposphäre und den konvektiv erzeugten Eiswolken untersucht und die Abhängigkeiten mit Simulationen für ein sich veränderndes Klima verglichen. Die Ergebnisse werden mit den Erwartungen gemäß der FAT Hypothese und des IRIS Effektes verglichen. In TP9 werden Satellitendaten für die Mikrophysik in Eiswolken aus Radar und Lidar-Beobachtungen prozessiert und bereitgestellt, und konsistenter Modelloutput generiert. Das Work package trägt zur Modellevaluierung bei.
Das Projekt "Geosounder Requirements Consolidation Study" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Erdsystemwissenschaften, Meteorologisches Institut durchgeführt. Die kontinuierliche Beobachtung der Atmosphäre und ihrer Bestandteile ist ein wichtiges Unterfangen um zum Beispiel die Darstellung von Wolken in globalen Zirkulationsmodellen zu verbessern. Das Geosounder-Projekt befasst sich mit den Anforderungen, die die Anwender an Atmosphärendatensätze haben und mit den Möglichkeiten, die ein Mikrowellenradiometer im geostationären Orbit bietet: - Welche örtliche und zeitliche Auflösung der Daten wird benötigt und ist möglich? - Welches Set an Frequenzen enthält die meisten Informationen über die Atmosphäre? - Wieviel können wir über die Feuchte und den Eiswassergehalt der Atmosphäre erfahren? In der Arbeitsgruppe Strahlung und Fernerkundung am Meteorologischen Institut der Universität Hamburg befassen wir uns mit dem Informationsgehalt verschiedener Frequenzen bezüglich Eiswolken, ihres Eisgehaltes und gegebenenfalls ihrer mikrophysikalischen Eigenschaften wie zum Beispiel der Eispartikelgröße. Das Projekt ist ein gemeinschaftliches Projekt mit dem französischen Centre National de Recherches Meteorologiques (CNRM), die Koordination des Projektes obliegt dem Laboratoire d'Etudes en Geophysique et Oceonographie Spatiales (CNRM-LEGOS).
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.
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