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Rolle der mittleren Atmosphäre bezogen auf das Klima (ROMIC): Trends in der mittleren Atmosphäre (TIMA)

Das Projekt "Rolle der mittleren Atmosphäre bezogen auf das Klima (ROMIC): Trends in der mittleren Atmosphäre (TIMA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. In diesem Vorhaben sollen Trendstudien in der mittleren Atmosphäre (10-110 km) durchgeführt werden. Dieses Thema wird als eine der Hauptforschungsfragen in dem neuen Forschungsprogramm ROMIC definiert. Das Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik beabsichtigt Klima-Modellsimulationen mit den Zirkulationsmodellen LIMA (= Leibniz Institute Middle Atmosphere) und KMCM (= Kühlungsborn Mechanistic Circulation Model), die mit Langzeitbeobachtungen verglichen werden sollen. Die gemeinsame Analyse von Modell- und Beobachtungsdaten soll dazu beitragen, eine der Hauptfragen in der Klimaforschung zu beantworten: Warum sind die beobachteten Temperaturtrends in der mittleren Atmosphäre teilweise weitaus größer als entsprechende Trendberechnungen mit Klimamodellen? Arbeitspakete 1.1-4: Trend-Modellierung mit LIMA, Arbeitspakete 2.1-4: Trend-Modellierung von Eisschichten (NLC/PMSE = noctilucent clouds / polar mesosphere summer echoes) mit LIMA/ICE, Arbeitspakete 3.1-3: Trend-Modellierung von Schwerewellen mit KMCM, Arbeitspakete 4.1-7: Trend-Analyse von Beobachtungszeitreihen (Temperaturen, Winde, Schwerewellen, NLC/PMSE).

Untersuchung atmospärischer Schwerewellen mittels durchgehender Temperaturprofile aus Lidarmessungen von 1 bis 100 km höhe bei 54 Grad N

Das Projekt "Untersuchung atmospärischer Schwerewellen mittels durchgehender Temperaturprofile aus Lidarmessungen von 1 bis 100 km höhe bei 54 Grad N" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik e.V. an der Universität Rostock durchgeführt.

Prozesse und Klimatologie von Schwerewellen

Das Projekt "Prozesse und Klimatologie von Schwerewellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Physik der Atmosphäre, Abteilung Wolkenphysik und Verkehrsmeteorologie durchgeführt. PACOG ist ein Projekt im Rahmen der Forschergruppe 'MS-GWaves', bei der es um die Erforschung von Schwerewellen geht. PACOG konzentriert sich dabei auf atmosphärenphysikalische Beobachtungen und Vergleich mit Modellrechnungen. Schwerewellen spielen für unser Verständnis der mittleren Atmosphäre eine entscheidende Rolle, da sie die Atmosphäre um mehr als 100 K vom strahlungsbedingten Zustand treiben können und drastische Veränderungen der Zirkulation und der Zusammensetzung bewirken können. Schwerewellen stellen den wichtigsten Kopplungsprozess zwischen unteren und oberen Schichten der Atmosphäre dar. Leider sind viele Einzelheiten bezüglich Schwerewellen unzureichend verstanden. Dies betrifft z. B. die Erzeugung, Ausbreitung, Filterung, Dissipation und die zeitliche und räumliche Variabilität. Wir möchten die Klimatologie von Schwerewellen auf regionalen und globalen Skalen untersuchen. Dabei wird eine Kombination von hochmodernen Instrumenten eingesetzt, z. B. Lidars und Radars. Die Interpretation der Ergebnisse wird mit Hilfe von Simulationen, die auf Reanalysen aufbauen, unterstützt. Das Ziel von MS-GWaves besteht letzten Endes darin, die Parametrisierung von Schwerewellen in globalen Modellen zu verbessern. Die in PACOG durchgeführten Beobachtungen sollen in allen Teilprojekten von MS-GWaves verwendet werden, z. B. beim Vergleich von lokalen und regionalen Messungen mit globalen Beobachtungen von Satelliten (Projekt SV) oder zur Validierung von Modellrechnungen in den Projekten 3DMSD und GWING.

Rolle der mittleren Atmosphäre bezogen auf das Klima (ROMIC): Mesoskalige Prozesse in der Wechselwirkung von Tropo- und Stratosphäre (METROSI)

Das Projekt "Rolle der mittleren Atmosphäre bezogen auf das Klima (ROMIC): Mesoskalige Prozesse in der Wechselwirkung von Tropo- und Stratosphäre (METROSI)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll am Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik (IAP) die Bedeutung der Mesoskalen für die dynamische Kopplung von Tropo- und Stratosphäre, insbesondere während des Nordwinters, erforscht werden. Die Methodik basiert auf numerischen Experimenten mit einem hochaufgelösten mechanistischen globalen Zirkulationsmodell in Kombination mit hochgenauen Turbulenzmessungen mithilfe von Radars und Sensoren auf Ballons. Entsprechende Entwicklungen hierfür wurden bereits durchgeführt. Die Messungen finden sowohl am IAP in Kühlungsborn (54N) als auch bei der Forschungsstation ALOMAR in Nordnorwegen (69M) statt. Im Einzelnen soll die Wechselwirkung von Schwerewellen (GWs) und Rossby-Wellen (RWs) unter dem Aspekt der genauen Ursachen für die planetaren RWs, welche die natürlichen Variabilitätsmuster in der Tropo- und Stratosphäre bestimmen, untersucht werden. Weiterhin soll die turbulente Dissipation im Bereich der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre, die ein Maß für die Schwerewellenaktivität sowie für die mesoskalige Energiekaskade darstellt, quantifiziert werden. Mithilfe von Sensitivitätsrechnungen werden die Änderungen der planetaren RWs und der Energiekaskade bei globaler Erwärmung abgeschätzt. Außerdem sollen mithilfe der Modellsimulationen die Mischungseffekte durch GWs auf den Spurengastransport und das Alter der Luft abgeschätzt werden.

Rolle der mittleren Atmosphäre bezogen auf das Klima (ROMIC): ' Wechselwirkung zwischen Schwerewellen und solaren Gezeiten in der mittleren Atmosphäre' (Gravity)

Das Projekt "Rolle der mittleren Atmosphäre bezogen auf das Klima (ROMIC): ' Wechselwirkung zwischen Schwerewellen und solaren Gezeiten in der mittleren Atmosphäre' (Gravity)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Schwerewellen (SW) und solare Gezeiten (SG) werden zu einem großen Teil in der unteren Atmosphäre angeregt. SG sind großskalige Wellen, die alle dynamischen Felder in der Mesosphäre modulieren, so dass deren Dynamik ohne sie nicht beschreibbar ist. SW kontrollieren mittels Impulsdeposition maßgeblich die mittlere Zirkulation in der Mesosphäre. SG und SW wechselwirken intensiv miteinander: SG modulieren die Ausbreitung der SW, während die Impulsdeposition der brechenden SW die Amplituden- und Phasenstruktur der SG in der Mesosphäre beeinflusst. Dieser Wechselwirkungsprozess ist bisher in Modellen nur unzureichend beschrieben. Die Vernachlässigung der Auswirkungen der zeitlichen Entwicklung der Gezeitenfelder ebenso wie die der horizontalen Gradienten der großskaligen Windfelder der Atmosphäre führen zu einer erheblichen Fehleinschätzung des SW-Antriebs der SG. Im Projekt soll untersucht werden, wie sich SG und SW zusammen unter korrekter Berücksichtigung der genannten Prozesse entwickeln. Zusätzlich soll der Einfluss des Tagesgangs der konvektiven Anregung von SW auf SG untersucht werden. Es ist denkbar, dass damit Unterschiede zwischen Modellierung und Messung extratropischer SG erklärt werden könnten. (1) Kopplung eines Strahlmodells mit einem linearen Gezeitenmodell (a) mittels Impuls- und Temperaturrelaxation und (b) in direkter Wechselwirkung. (2) Einbau einer Parametrisierung der konvektiven SW-Anregung in der Troposphäre. Untersuchung der daraus resultierenden SG.

Teilvorhaben 3: Dreidimensionale Verteilungen von Spurengasen und Temperaturen

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Dreidimensionale Verteilungen von Spurengasen und Temperaturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), Stratosphäre (IEK-7) durchgeführt. GW-LCYCLE-Ziele sind die Messung und numerische Modellierung von internen Schwerewellen in der Troposphäre und mittleren Atmosphäre über dem Nord- Atlantik von Grönland bis nach Skandinavien. Dabei sollen ihre Anregung, Ausbreitung und Dissipation untersucht werden. In zwei Feldmesskampagnen werden bodengebundene und flugzeuggetragene Messungen kombiniert, um die dreidimensionale Wellenstruktur zu charakterisieren. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Prozessverständnis bei und führen somit zu realistischen Schwerewellen-Schemata in globalen Klimamodellen. Die flugzeuggetragenen in-situ und remote-sensing Messungen zur Charakterisierung der atmosphärischen Felder, insbesondere der Schwerewellen, werden in zwei zeitlich versetzten Messkampagnen durchgeführt. Während der ersten Messkampagne werden die mittleren Windfelder stromauf und über dem skandinavischen Gebirge mittels eines Windlidars und Dropsonden vermessen. Zudem werden die partielle Reflektion und die nicht-lineare Wellenanregung an der Tropopause durch in-situ Messungen auf der FALCON erforscht. Die Bestimmung der stratosphärischen und mesosphärischen Welleneigenschaften wird im letzten Projektjahr durch den kombinierten Einsatz der FALCON und HALO begonnen. Beide Messkampagnen werden durch die Bereitstellung von operationellen meteorologischen Vorhersagen der Wellenaktivität und durch hochaufgelöste numerische Simulationen sowie durch bodengebundene Messungen begleitet. Arbeitsplanung: WP1-numerische Modellierung -DLR, WP2 Raytracing zur Quellenidentifikation -FZJ, WP3 Messungen der Winde, Temperaturen und Spurengase oberhalb und unterhalb der Tropopause -DLR, WP4 Luftgestützte Abbildung der räumlichen Verteilung von Temperatur und Spurenstoffen mittels Infrarotspektroskopie -FZJ/ KIT, WP5 mesosphärische OH-Temperaturen -DLR, WP6 bodengestützte Beobachtungen -DLR, WP7 Synergetische Analyse der experimentellen Daten, einschließlich der Modell-Ergebnisse -alle Partner, WP8 Nutzung der experimentellen Daten.

Dreidimensionale Mehrskalendynamik von Schwerewellen

Das Projekt "Dreidimensionale Mehrskalendynamik von Schwerewellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Gegenstand dieses Projekts 'Multi-Scale Dynamics of Gravity Waves (MS-GWaves)' ist die asymptotische Mehrskalendynamik der Ausbreitung von Schwerewellen (SW), aufbauend auf einer nichtlinearen WKB-Theorie der Antragsteller und deren methodologischer Weiterentwicklung hin zu einer praktischen Implementierung. Die Theorie soll erweitert werden durch die zusätzliche Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen großskaligen aufgelösten und kleinskaligen parametrisierten Schwerewellen und durch eine Neubetrachtung der Wechselwirkung von Schwerewellen und geostrophischen Moden untereinander und mit der synoptisch-skaligen Strömung. Dies wird ergänzt durch eine verbesserte Behandlung der nichtlinearen SW-Dissipation, und, in Wechselwirkung mit dem Teilprojekt GW-ICE, durch eine skalenabhängige Modellierung der Wechselwirkung von SW und Tropopause. Ergebnis wird eine allgemeine Theorie und numerische Methode für die Vorhersage der Ausbreitung von SW, ihrer Wechselwirkung mit der mittleren Strömung, und ihrer Dissipation sein. Die Ergebnisse werden mittels Large-Eddy-Simulationen (LES) validiert. Die Entwicklungen in diesem Teilprojekt werden direkt Eingang in ein prognostisches SW-Modell (MS-GWaM) finden, das in das SW-erlaubende globale Modell UA-ICON eingebaut wird, welches innerhalb des FOR-Teilprojekts GWING entwickelt wird. Dabei wird an Quellenbeschreibungen angekoppelt, die von den FOR-Projekten SV und SI bereitgestellt werden. In UA-ICON/MS-GWaM wirken die SW auf die großskalige Strömung, aber die Möglichkeit der Nutzung des SW-Modells als diagnostisches Werkzeug wird ebenfalls angestrebt.

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