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Institut für Energie- und Klimaforschung

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NWG Modellierung klimarelevanter Prozesse

Mittelfristige Klimaschwankungen auf Zeitskalen von mehreren Jahren bis Jahrzehnten können den durch stetig ansteigende Treibhausgase verursachten Klimawandel deutlich übersteigen, mit schwerwiegenden Auswirkungen auf Ökosysteme und Gesellschaft. Aufgrund der Komplexität der involvierten Prozesse sind dekadische Klimaschwankungen nur unzureichend in Modellen repräsentiert und mittelfristige Vorhersagen sind daher unsicher. Neueste Untersuchungen weisen auf einen starken Einfluss von Änderungen der Konzentration von strahlungswirksamen Spurengasen (insb. Wasserdampf und Ozon) in der Stratosphäre (der Atmosphäre zwischen 10-50km Höhe) auf den globalen Strahlungshaushalt und auf das Bodenklima hin. Jedoch sind die Prozesse, die die mittelfristige Variabilität der Spurengas-Zusammensetzung der Stratosphäre kontrollieren, weitgehend unbekannt.


In der Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Modellierung klimarelevanter Prozesse“ untersuchen wir Schlüsselprozesse für die Variabilität der Spurengas-Zusammensetzung der Stratosphäre auf mittelfristigen Zeitskalen und bewerten deren Einfluss auf Klimaschwankungen. Solche Schlüsselprozesse sind die globale stratosphärische Brewer-Dobson Zirkulation, oder Stratosphären-Troposphären Austauschprozesse wie bspw. im Asiatischen Monsun. Eine besonders enge Zusammenarbeit besteht hierbei mit der Theorie-Gruppe am IEK-7. Für unsere Untersuchungen nutzen wir das, in der Theorie-Gruppe entwickelte, Lagrangesche Transportmodell CLaMS in Kopplung mit dem Klimamodell EMAC. Unsere Methodik kombiniert hochaufgelöste in-situ Spurengasmessungen und detaillierte Prozessmodellierung mit globalen Satellitenbeobachtungen, globaler Klimamodellierung und speziell zugeschnittenen Diagnostiken (insb. Luftalter) und schlägt eine Brücke zwischen den spärlichen aber hochaufgelösten Messungen und globalen Klimaeffekten.

Der Fokus unserer Forschung liegt auf:

  • Untersuchung mittelfristiger Änderungen der globalen Brewer-Dobson Zirkulation, sowie
    von Stratosphären-Troposphären Austauschprozessen (z.B. im Asiatischen Monsun)
  • Quantifizierung der mittelfristigen Änderungen der stratosphärischen Spurengas-
    Zusammensetzung (z.B. Wasserdampf und Ozon)
  • Bewertung der induzierten Klimaeffekte
  • Weiterentwicklung des Modellsystems EMAC-CLaMS zur Realisierung Lagrangeschen
    Spurengastransports (CLaMS) im Klimamodell (EMAC)

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