Erforschung tropischer Zirruswolken durch die Kombination von Labor- und Feldexperimenten mit Prozess- und Zirkulationsmodellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Martina Krämer; Dr. Ottmar Möhler; Professor Dr. Aiko Voigt
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392369854

Das Projekt TropiC ist Teil der PIRE International Partnership for Cirrus Studies, einem Konsortium aus 4 US-amerikanischen und 4 europäischen Instituten unter Führung der Universität Chicago. Das PIRE-Konsortium befasst sich mit Zirren in der Nähe der kalten tropischen Tropopause befasst, der sogenannten Tropical Transition Layer (TTL), einer der am wenigsten untersuchten und verstanden Regionen der Erdatmosphäre. Diese kalten Eiswolken sind optisch dünn und oft mit bloßem Auge nicht sichtbar, spielen aber wichtige Rollen in der Atmosphäre und dem Klimasystem der Erde. Das PIRE-Projekt befasst sich mit den Bildungsprozessen und der internen Dynamik der Zirren sowie mit deren Wechselwirkung mit Strahlung und der atmosphärischen Dynamik. Eingebettet in das PIRE-Projekt werden im Projekt TropiC die folgenden Untersuchungen durchgeführt: (1) Prozesse und Wirkung heterogener und homogener Eisbildung als Quelle für Zirruseiskristalle, (2) Fraktionierung von Wasserisotopologen in Mischwolken und Zirruswolken, (3) Konzentrationsverteilung von Eiskristallen in Zirren, und (4) Behandlung und Auswirkung von tropischen Zirren in globalen und regionalen Modellen. TropiC umfasst koordinierte Laborexperimente, Feldmessungen und Computersimulationen des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und des Forschungszentrum Jülich (FZJ). Zum Arbeitsprogramm gehören Wolkenexperimente unter kontrollierten Bedingungen in der AIDA-Wolkenkammer des KIT, die Analyse von in situ-Messungen in Zirren während StratoClim und anderen Feldaktivitäten des FZJ, und Computersimulationen mit den Prozessmodellen MAID (FZJ) und ACPIM (Universität Manchester), dem Lagrange-Modell CLaMS-Ice (FZJ), dem globalen Zirkulationsmodell ICON-GCM (KIT) sowie den Modellen der PIRE-Partner in Europa und USA. Zu erwartende Projektergebnisse sind neue Parametrisierungen von Zirrusprozessen für Wolken- Wetter- und Klimamodelle, eine Auswahl von typischen Zirrusbeobachtungen bei StratoClim oder AIDA-Experimenten, die den PIRE-Partnern zum Test und Vergleich ihrer Modelle hinsichtlich der Behandlung von Eisnukleation und Zirren-Bildungsmechanismen zur Verfügung gestellt werden, sowie eine Reihe von regionalen und globalen ICON-Modellläufen zum heutigen Klimasystem und künftigen Klimaänderungen für den Vergleich mit den hochaufgelösten und grossskaligen Modellergebnissen der PIRE-Partner. Ein wichtiges Ergebnis dieses Projekts und des gesamten PIRE-Konsortiums wird ein verbessertes Verständnis der Bildung von TTL-Zirren sein, sowie eine deutlich erweiterte Beschreibung von Zirren in Atmosphärenmodellen. Damit können regionale und globale Modelle künftig das Auftreten von TTL-Zirren sowie deren Rolle im sich ändernden Klimasystem der Erde noch genauer beschreiben und vorhersagen. Als Service für das PIRE-Projekt wird außerdem die einzigartige AIDA-Wolkenkammer zur Verfügung gestellt um neue Doktoranden und Postdocs in experimenteller Wolkenphysik und Prozessmodellierung zu trainieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Großbritannien, Schweiz, USA
• Mitverantwortliche: Dr. Jens-Uwe Grooß; Privatdozent Dr. Rolf Müller; Dr. Harald Saathoff
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Thomas Ackermann; Professor Dr. Peter Blossey; Professor Dr. Paul Connolly; Professor Dr. Stephan Fueglistaler; Professor Dr. Zhiming Kuang; Professor Dr. Bernard Legras; Professorin Dr. Elizabeth J. Moyer; Professorin Dr. Tiffany A. Shaw; Professor Dr. Heini Wernli