Das Projekt "Untersuchung mikrophysikalischer Prozesse bei der Schneefallformation in mittleren Breiten" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft.Niederschlag ist eine wichtige, aber schlecht verstandene Komponente unseres Klimasystems. Die genauen Prozesse, durch die Eiskristalle, flüssiges Wasser, Wolkendynamik und Aerosolpartikel bei der Niederschlagsbildung zusammenwirken, sind nicht ausreichend verstanden. Da überall außer über den subtropischen Ozeanen der meiste Niederschlag in Wolken über die Eisphase gebildet wird, sind die Prozesse der Schneefallbildung nicht nur in den polaren, sondern auch in den mittleren Breiten von großer Bedeutung: Wachstum in übersättigter Luft führt zu unzähligen Kristallformen, die von Temperatur, Feuchtigkeit und deren turbulenten Schwankungen abhängen. Durch Aggregation verbinden sich einzelne Kristalle zu komplexen Schneeflocken. Bereifung beschreibt das Anfrieren kleiner Tröpfchen an den Eiskristallen, so dass diese schnell an Masse gewinnen. Dadurch ist die Form der Schneeteilchen - wenn sie beobachtet wird, bevor das Teilchen zu einem Regentropfen schmilzt - ein Fingerabdruck der vorherrschenden Prozesse während der Schneefallbildung. In EMPOS schlagen wir vor, diese Fingerabdrücke zu nutzen, um zu quantifizieren, wie die verschiedenen Prozesse der Schneefallbildung zu Masse oder Häufigkeit des Gesamtniederschlag beitragen. Zu diesem Zweck werden wir die Datenprodukte des innovativen Video In Situ Snowfall Sensors (VISSS) weiterentwickeln, um Riming und Aggregation während einer speziellen Messkampagne in Hyytiälä, Finnland, zu quantifizieren. Die Beobachtungen werden mit dem ICON-Modell verglichen, in welches das fortschrittliche P3 Mikrophysikschema (Predicted Particle Properties) mit einem neuartigen Ansatz zur Behandlung von bereiften Partikeln implementiert ist. Durch dieses kombinierte Beobachtungs- und Modellierungsprojekt wird es möglich zu quantifizieren, wie die einzelnen Wolkenprozesse an der Schneefallbildung beteiligt sind, und zwar in Bezug auf die Häufigkeit des Auftretens und die Gesamtschneemasse. Darüber hinaus werden wir diese Wolkenprozesse in Abhängigkeit von makrophysikalischen Wolkeneigenschaften wie Wolkentiefe und synoptischen Einflüssen analysieren. Auf der Grundlage von Vergleichen zwischen Modell und Beobachtungen, die sowohl mittels Fallstudien als auch für einen längeren Zeitraum durchgeführt werden, werden wir die Schneefallsimulation in ICON im Standard-Zweimomentenschema und im P3-Mikrophysikschema bewerten und verbessern.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 2115: Synergie von Polarimetrischen Radarbeobachtungen und Atmosphärenmodellierung (PROM) - Verschmelzung von Radarpolarimetrie und numerischer Atmosphärenmodellierung für ein verbessertes Verständnis von Wolken- und Niederschlagsprozessen; Polarimetric Radar Observations meet Atmospheric Modelling (PROM) - Fusion of Radar Polarimetry and Numerical Atmospheric ..., Charakterisierung von orographisch beeinflusster Bereifung und sekundärer Eisproduktion und deren Auswirkungen auf Niederschlagsraten mittels Radarpolarimetrie und Dopplerspektren (CORSIPP)" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft.Niederschlag ist eine wichtige Komponente des hydrologischen Kreislaufs. Um zu verstehen, wie sich der Wasserhaushalt in einem sich erwärmenden Klima verändert, ist ein umfassendes Verständnis der Niederschlagsbildungsprozesse erforderlich. In den mittleren Breiten wird der meiste Niederschlag unter Beteiligung der Eisphase in Mischphasenwolken erzeugt, aber die genauen Interaktionen zwischen Eis, flüssigem Wasser, Wolkendynamik, orografischem Antrieb und Aerosolpartikeln während der Eis-, Schnee- und Regenbildung sind nicht gut verstanden. Dies gilt insbesondere für Bereifungs- und Sekundäre Eisproduktion (SIP) Prozesse, die mit den größten quantitative Unsicherheiten in Bezug auf die Schneefallbildung verbunden sind. Die Lücken in unserem Verständnis von SIP- und Bereifungsprozesse zu schließen, ist vor allem für Gebirgsregionen entscheidend, die besonders anfällig für Änderungen des Niederschlags und des Wasserhaushalts, wie z.B. des Verhältnisses zwischen Regen und Schneefall, sind. In diesem Antrag wird ein Forschungsprojekt vorgeschlagen, das sich dem Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Terrain widmet. Dazu werden wir ein innovatives, simultan sendendes und simultan empfangendes (STSR), scannendes W-Band-Wolkenradar zusammen mit einer neuartigen In-situ-Schneefallkamera eine ganze Wintersaison lang in den Rocky Mountains von Colorado, USA betreiben. Die Instrumente werden Teil der Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Surface Atmosphere Integrated Field Laboratory (SAIL) Kampagne sein, bei der ein Ka-Band und ein X-Band Radar eingesetzt werden. Durch die Kombination von spektralen polarimetrischen und Multifrequenz-Doppler-Radarbeobachtungen mit empirischen und Bayes'schen Machine Learning Verfahren werden wir Bereifungs- und SIP-Ereignisse identifizieren und deren Einfluss auf die Schneefallrate quantifizieren. Dies erfordert die Erweiterung des Passive and Active Microwave radiative TRAnsfer Modells (PAMTRA) mit zusätzlichen polarimetrischen Variablen und modernsten Berechnungen von Streueigenschaften. Durch die Nutzung der umfangreichen kollokierten Messungen während SAIL wird es ermöglicht, die beobachteten Prozessraten mit Umweltbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Flüssigwasserpfad sowie mit der Wolkendynamik in Beziehung zu setzen. Darüber hinaus werden wir einen besonderen Fokus auf den Einfluss von vertikalen Luftbewegungen legen, die unter orographischen Bedingungen häufig auftreten. Zusammengenommen wird das vorgeschlagene Projekt unser Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Gelände verbessern.
Der Winter 2024/2025 war in Sachsen-Anhalt erneut zu warm, brachte aber zwei kurze winterliche Phasen. Er war sonnenscheinreicher und trockener als im Durchschnitt. Die dominierenden Hochdruckgebiete sorgten im vergangenen Winter für einen ausreichenden Ertrag bei den Photovoltaikanlagen, insbesondere der Februar zeichnete sich durch überdurchschnittliche Erträge aus. Im Gegensatz dazu gab es weniger Wind und entsprechend unterdurchschnittliche Erträge aus der Windenergie. Häufige Hochdruckgebiete gestalteten den Dezember relativ ruhig. Tiefdruckphasen mit sehr milder Luft beschränkten sich auf die erste Dezemberwoche und die Tage vom 15.12. bis 22.12. Sonst blieb es unter Hochdruckeinfluss auch häufig trocken mit Nebel oder Sonne, dabei war es durchweg mild. In der Folge betrug die Monatsmitteltemperatur in Sachsen-Anhalt 3,7 °C und lag damit um 2,6 K über dem Mittel der Referenzperiode von 1961 bis 1990. Auch im Vergleich zum 30-jährigen Mittel von 1991 bis 2020 war der Monat 1,6 K zu warm. Besonders mild war es dabei am 18.12. in Wernigerode mit 14,5 °C und am 19.12. in Magdeburg mit 14,4 °C. Durch den wiederholten Hochdruckeinfluss blieb der Niederschlag im Dezember in Sachsen-Anhalt mit 37,0 mm hinter den langjährigen Mittelwerten zurück. Im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990 wurden damit 79,3 % erreicht, im Vergleich zur Periode 1991-2020 wurden 80,3 %. Dabei war es gerade in der Südhälfte des Landes besonders trocken. So gab es beispielsweise in Wettin-Löbejün-Neutz gerade einmal 20,2 mm Niederschlag und in Bad Lauchstädt 21,4 mm. Dagegen haben in der Börde und in der Altmark einige Stationen sogar mehr Niederschlag als im langjährigen Mittel registriert. Mit 37,9 Sonnenstunden erreichte der Dezember 2024 in Sachsen-Anhalt 106,5 % der Klimareferenzperiode 1961-1990 und 87,3 % im Vergleich zu 1991-2020. Der Januar 2025 zeigte sich sehr wechselhaft und mild im ersten und letzten Monatsdrittel, während er sich um die Monatsmitte dank eines Hochdruckgebietes und einer dünnen Schneedecke von seiner winterlichen Seite zeigte. Insgesamt erreichte der Monat in Sachsen-Anhalts eine Mitteltemperatur von 2,5 °C. Damit war der Januar um 2,7 K wärmer als nach der Referenzperiode 1961-1990 üblich. Im Vergleich zum 30-Jahreszeitraum 1991-2020 betrug die Abweichung 1,4 K. Der Wintereinbruch zur Monatsmitte brachte in weiten Teilen des Landes eine dünne Schneedecke, die auch über einige Tage erhalten blieb. So lagen beispielsweise im Harz und Harzvorland häufig 10 bis 20 cm Schnee, während ganz im Süden und ganz im Norden nur 1 bis 3 cm zusammenkamen. Klarte der Himmel dann nachts über den Schneeflächen länger auf, kühlte es deutlich ab, wie beispielsweise in Wernigerode-Schierke mit -13,7 °C am 13. Januar. Einen besonders milden Tag hingegen gab es am 25.01. in weiten Teilen Sachsen-Anhalts: Bad Lauchstädt erreichte an jenem Tag 16,5 °C. Während der tiefdruckgeprägten Phasen dominierten überwiegend feuchte und milde Luftmassen das Geschehen. In der Folge kam es zu reichlichen Niederschlägen. In der Konsequenz brachte der Monat mit 55,7 mm Niederschlag mit 144,0 % deutlich mehr als das Soll des Referenz-Mittelwertes 1961-1990 erwarten lässt und mit 123,6 % auch mehr als das 30-Jahres-Mittel 1991-2020. Darüber hinaus war der Niederschlag sehr ungleichmäßig verteilt. In einem Streifen vom Harz über die Börde bis in die Altmark war es besonders feucht mit teilweise mehr als dem Doppelten der üblichen Niederschlagsmenge, während im Süden und Osten nur wenig mehr als die übliche Niederschlagmenge registriert wurde. Die rege Tiefdrucktätigkeit im Januar sorgte für viel Bewölkung und nur verhaltene Sonnenscheinanteile. In der Folge erreichte der Monat insgesamt 43,9 Sonnenstunden. Dies entspricht 103,4 % im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990 oder 82,3 % in Bezug auf die Klimaperiode 1991-2020. Die Sonnenscheinanteile waren dabei im Süden und Osten Sachsen-Anhalts größer als im Westen und Norden des Landes. Auch der Februar 2025 präsentierte sich bzgl. des Wetters vielfältig, wenn auch überwiegend von Hochdruck dominiert. Nach einem milden und hochdruckgeprägten ersten Monatsdrittel sorgte im Anschluss ein kurzer Kaltlufteinbruch für eine winterliche Woche um die Monatsmitte herum. Zum Ende des Monats hielt dann bereits der Frühling Einzug. Der Kaltlufteinbruch ging mit einigen Schneefällen einher, sodass sich gerade in der nördlichen Hälfte des Landes bei 5 bis 10 cm eine sehr winterliche Woche einstellte, während in der Südhälfte wenige Zentimeter Schnee bereits nach wenigen Tagen abgetaut waren. Gerade in klaren Nächten über Schnee wurde es empfindlich kalt mit deutlich unter -10 °C. Besonders kalt war es dabei in Oberharz am Brocken/OT Stiege mit -19,0 °C, aber beispielsweise auch in Genthin mit -13,8 °C . Im Kontrast dazu reichte es an mehreren Tagen ab dem 21. Februar für milde 15 °C, wie zum Beispiel in Wernigerode mit 16,8 °C oder in Quedlinburg mit 16,1 °C. Das Monatsmittel des Februars für Sachsen-Anhalt erreichte 1,1 °C und lag damit um 0,7 K über der Referenzperiode 1961-1990, war aber im Vergleich zur Klimaperiode 1991-2020 0,6 K kühler. Die Niederschlagsmenge im Flächenmittel Sachsen-Anhalts blieb im Februar mit 15,3 mm deutlich hinter den langjährigen Mittelwerten zurück. So wurden nur 46,0 % des üblichen Niederschlags des Referenzzeitraums 1961-1990 registriert, im Vergleich zum Zeitraum 1991-2020 nur 44,8 %. Besonders trocken war es dabei in Altmark und r Börde. So wurden in Zielitz nur 6,1 mm und in Gardelegen-Lindstedterhorst 6,7 mm gemessen. Etwas mehr Niederschlag gab es in einem Streifen vom Harz bis in den Burgenlandkreis, dennoch wurde auch hier das langjährige Mittel nicht erreicht. Der Februar war mit 97,7 Sonnenstunden ein sehr sonniger Monat und erreichte im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990 144,4 % der üblichen Sonnenscheindauer und auch gegenüber dem Mittel von 1991-2020 waren es noch 128,0 %. Besonders sonnenscheinreich war dabei die zweite Monatshälfte. Im Rückblick auf den gesamten Winter vom 1. Dezember 2024 bis 28. Februar 2025 zeigte sich ein mit 2,4 °C um 2,0 K zu warmer Zeitraum im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990. Auch im Vergleich zum neueren 30-Jahres-Zeitraum 1991-2020 war es noch um 0,8 K wärmer als üblich. Eine jeweils sehr winterliche Woche im Januar und Februar konnten die überwiegend milden übrigen Winterwochen nicht ansatzweise ausgleichen. Damit war der Winter der zwölfte zu warme in Folge im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990. In den letzten drei Monaten fielen insgesamt 108,0 mm Niederschlag im Flächenmittel über Sachsen-Anhalt. Als Folge des wiederholten Hochdruckeinflusses blieb es – mit 90,6 % Niederschlag –trockener als in der Referenzperiode 1961-1990. Im Vergleich zum Mittel 1991-2020 wurden lediglich 85,6 % der normalen Niederschlagsmenge erreicht. Besonders trocken war es dabei im südlichen Sachsen-Anhalt. So fiel in Bad Lauchstädt mit 63,2 mm der wenigste Niederschlag, nicht nur in Sachsen-Anhalt, sondern in ganz Deutschland. Nur im Harz und seinem direkten Umfeld wurde das Niederschlagssoll des Winters erreicht. Während des Winters schien die Sonne in Sachsen-Anhalt 179,4 Stunden. Damit war der Winter mit 123,4 % im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990 der sonnigste Winter seit sechs Jahren. Auch im Vergleich zum Klimazeitraum 1991-2020 wurden noch 103,8 % erreicht. Maßgeblich dazu beigetragen hat der sehr sonnige Februar, der die beiden anderen, nicht so sonnigen Wintermonate mehr als ausgleichen konnte. Diese Analyse betrachtet ausschließlich volatile erneuerbare Energiequellen zur Stromerzeugung, also diejenigen, die durch meteorologische Bedingungen beeinflusst werden: Windenergie und Photovoltaik. Als Berechnungsgrundlage der folgenden Auswertung dient die produzierte elektrische Arbeit im Tagesmittel im Gebiet Ostdeutschlands und Hamburgs (Gebiet des Übertragungsnetzbetreibers 50Hertz). Die produzierte Arbeit wurde ins Verhältnis zur installierten Leistung gesetzt und so die Auslastung berechnet. Diese Auslastung wurde für die Jahreszeit gemittelt. Darüber hinaus wurde ein 10-jähriges Mittel über den Zeitraum 2010-2019 gebildet. Die Auslastung der betrachteten Jahreszeit des aktuellen Jahres wird ins Verhältnis zur Auslastung im 10-jährigen Mittel für diese Jahreszeit gesetzt. Dies Verhältnis wird im Folgenden als Ertrag bezeichnet. Im Sommer haben Solarenergieanlagen aufgrund des Sonnenstandes und der Tageslänge in der Regel eine größere Auslastung als Windenergieanlagen. Im Winter tritt der gegenteilige Effekt auf, sodass Windenergieanlagen eine größere Auslastung haben. Somit ergänzen sich Windenergie und Photovoltaik im Jahresgang. Der Herbst markiert dabei den Übergang zwischen den vorherrschenden Erzeugungsarten. Gerade in den Herbst- und Wintermonaten gibt es aber manchmal Phasen mit wenig Wind und wenig Sonnenschein. Der diesjährige Dezember war ein wolkenreicher Monat, so dass nur an einzelnen Tagen der Ertrag deutlich über 100 % stieg. Dies war lediglich am 01., 24. und 25. Dezember 2024 der Fall. Sonst überlagerten sich wenig Sonnenschein und wenig Wind besonders am 11. und 12. Dezember. Dagegen sorgte kräftiger Tiefdruckeinfluss im zweiten Monatsdrittel für reichlich Wind, sodass der Ertrag mehrere Tage am Stück 200 % im Vergleich zum Mittel 2010-2019 betrug. Somit ergänzten sich die volatilen Energieträger nur teilweise im Dezember. Der Januar war aus Sicht des Sonnenscheins ein durchschnittlicher Monat, es gab nur einzelne sonnenreiche Tage, wie beispielsweise vom 19. bis 22. Januar mit einem Ertrag der Photovoltaikanlagen von über 200 % im Vergleich zum Mittel 2010-2019. In diesen Tagen war der Ertrag aus der Windenergie sehr gering, so dass es in diesem Zeitraum zumindest tagsüber eine gute Ergänzung gab, während nachts der Ertrag aus erneuerbaren Quellen nur gering war. Insbesondere im ersten Monatsdrittel und im letzten Monatsdrittel zeigte sich ein Ertrag, der häufig zwischen 150 und 200 %, vom 24. bis 27. Januar sogar über 250 % lag. Ein sehr sonnenscheinreicher Monat war der Februar, insbesondere in den ersten Tagen des Monats und der zweiten Monatshälfte. Der Ertrag lag nur an einzelnen Tagen unter dem langjährigen Mittelwert von 2010-2019. Umgekehrt stellt sich die Situation bzgl. der windgetriebenen erneuerbaren Energien dar. Durch den dominierenden Hochdruckeinfluss wehte der Wind häufig nur schwach, sodass nur wenige Tage im Februar mehr als 100 % Ertrag lieferten. Hier ergänzten sich aber die beiden erneuerbaren Energieformen gut. Lediglich vom 14. bis 17. Februar war der Ertrag aus beiden Quellen gering. Über den gesamten Winter gesehen lag der Ertrag bei der Windkraft mit 87,2 % unter dem Mittel der Jahre 2010-2019. Dies war das Ergebnis des dominierenden Hochdruckeinflusses mit wenig Wind. Der Ertrag aus der Photovoltaik blieb mit 90,9 % nur wenig unterhalb des Mittels der Jahre 2010-2019.
