Troposphärische Aerosolprozesse

Ziel unserer Forschung ist es, die Darstellung der Bildung, Zusammensetzung, Eigenschaften und Größenverteilung atmosphärischer Aerosole in einem Chemie-Klimamodell zu verbessern, um ihr globales Budget und ihren Lebenszyklus sowie ihre Auswirkungen auf die globale Luftqualität genau vorhersagen zu können. Wir konzentrieren uns insbesondere auf die Weiterentwicklung der Beschreibung der Bildung organischer Aerosole und der Thermodynamik anorganischer Aerosole. Wir haben ein rechnerisch effizientes Modul zur Beschreibung der Zusammensetzung und Entwicklung organischer Aerosole in der Atmosphäre (ORACLE) entwickelt, das derzeit in das ECHAM/MESSy-Atmosphärenchemiemodell (EMAC) implementiert wird, um die Bildung und das Wachstum von POA und SOA zu simulieren. Wir arbeiten auch an der Entwicklung fortschrittlicher Tools zur genauen Vorhersage der Aerosolthermodynamik und ihrer Auswirkungen auf die atmosphärische Zusammensetzung und Aerosolgrößenverteilung.

Unsere Forschung umfasst dabei folgende Gebiete:

• Erhöhung der Komplexität organischer Aerosole in atmosphärenchemischen Modellen
• Neuformulierung der Behandlung der Aerosolverteilung zwischen der Gas- und der Aerosolphase
• Entwicklung chemisch spezifizierter Emissionsinventare
• Thermochemie anorganischer Aerosole
• Wechselwirkungen zwischen Staub und Luftverschmutzung
• Heterogene Chemie von Nitrat

Aerosol-Wolken-Klima-Wechselwirkungen

Ziel unserer Forschung ist es, die Darstellung von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen zu verbessern, indem wir die Entwicklung fortschrittlicher Tools zur genauen Vorhersage der Bildung von Wolkentröpfchen und Eiskristallen fortsetzen. Unser Schwerpunkt liegt auf den Auswirkungen der Zusammensetzung der Atmosphäre und chemischen Wechselwirkungen auf die Wolkenbildung.

Unsere Forschung umfasst dabei folgende Gebiete:

• Simulation der Fähigkeit organischer Aerosole, Wasser zu absorbieren, und Untersuchung ihrer Fähigkeit, als Wolkenkondensationskerne zu fungieren
• Wechselwirkungen zwischen Staubbelastung und direkten sowie indirekten Aerosoleffekten
• Entwicklung neuer Tools zur Berechnung des Phasenzustands von organischen Aerosolen
• Physikalisch basierte Parametrisierungen der Bildung von Wolkentröpfchen und Eiskristallen

Auswirkungen von Aerosolen auf die Luftqualität

Die Entwicklung umfassender mathematischer Modelle kann dazu beitragen, unser Verständnis des Lebenszyklus von atmosphärischen Aerosolen und ihrer Auswirkungen auf die regionale und globale Luftqualität zu verbessern. Nach einer Evaluierung anhand von Beobachtungen werden unsere Modellierungswerkzeuge im Rahmen eines Chemie-Klima-Modells (EMAC) eingesetzt, um Erkenntnisse über die Aerosolquellen, die Bildungswege und die Entwicklung (Veränderungen in der Zusammensetzung und den Eigenschaften) während ihrer atmosphärischen Lebensdauer zu gewinnen. Besonderes Augenmerk wird auf das Zusammenspiel von natürlichen (z. B. Mineralstaub, biogene VOCs) und anthropogenen (z. B. fossile Brennstoffe, Landwirtschaft) Quellen gelegt.

Unsere Forschung umfasst dabei folgende Gebiete:

• Schließen der bestehenden Lücken zwischen Modellvorhersagen und Beobachtungen für die wichtigsten atmosphärischen Aerosolkomponenten
• Ermittlung fehlender Quellen und Wege der Aerosolbildung aus den aktuellen CCMs und Verbesserung unseres Verständnisses der zugrunde liegenden chemischen Prozesse
• Untersuchung der Auswirkungen von Verringerungen der Schadstoffemissionen auf die Luftqualität
• Einfluss natürlicher Quellen auf die anthropogene Aerosolbildung
• Untersuchung von Veränderungen der Oxidationskapazität der Atmosphäre aufgrund der Aerosolchemie
• Aufklärung, wie die alkalischen Verbindungen den Säuregehalt von Aerosolen in der Atmosphäre beeinflussen können

Auswirkungen von Aerosolen auf den Energiehaushalt der Erde

Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) hat sich mit der Notwendigkeit befasst, wissenschaftliche Unsicherheiten in Bezug auf die Rolle von Aerosolen beim Klimawandel zu verringern, und festgestellt, dass der indirekte Aerosoleinfluss auf das Klima den größten Beitrag zur Unsicherheit bei der globalen Klimamodellierung leistet. Unsere Modellierungswerkzeuge können zur Untersuchung dieser Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Chemie und Klima sowie zur Prognose möglicher Veränderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre und des Klimas eingesetzt werden. Die Rolle von Mineralstaub und organischen Aerosolkomponenten bei der Fähigkeit atmosphärischer Partikel, Wasser zu absorbieren, wird derzeit von Klimamodellen nicht berücksichtigt und ist ein wichtiger Schwerpunkt unserer Forschung.

Unsere Forschung umfasst dabei folgende Gebiete:

• Quantifizieren, wie atmosphärische Aerosole das Klima in Zukunft beeinflussen können
• Erforschen der Wechselwirkungen von Luftschadstoffen mit natürlichen Komponenten und wie sich dies auf ihre Einflüsse auf das globale Klima auswirkt
• Untersuchung der Auswirkungen der photochemischen Alterung organischer Aerosole auf die Gesamthygroskopizität von Aerosolen und den Strahlungsantrieb
• Auswirkungen bestimmter Aerosolkomponenten auf die Widerstandsfähigkeit des Energiehaushalts der Erde und ihr Beitrag zum berechneten Strahlungsantrieb von Aerosolen
• Auswirkungen von Strategien zur Eindämmung des Klimawandels auf die Bildung spezifischer Aerosolkomponenten