Der Einfluss von stratosphärischem Ozon auf die Klimavariabilität und Klimawandel

• Antragsteller: Gabriel Chiodo, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418516150

Der Einfluss von stratosphärischem Ozon auf das Klima der Südhemisphäre ist im Kontext der anthropogenen Ozonzerstörung intensiv untersucht worden. Allerdings besteht noch erhebliche Unsicherheit bezüglich der Rolle von Ozon in der Nordhemisphäre. Arktisches Ozon zeigt schwache langfristige Trends, jedoch starke Jahr-zu-Jahr-Variabilität. Stratosphärisches Ozon in der Nordhemisphäre wurde häufig als passives Spurengas behandelt, dessen Verteilung von der Zirkulation bestimmt wird. Diese Auffassung wird aber durch neuere Studien in Frage gestellt, die einen rückkoppelnden Einfluss von Ozon auf Zirkulation nachgewiesen haben. Die Kausalitäten in der Ozon-Zirkulations-Wechselwirkung sind jedoch noch ungeklärt und erfordern weitere Studien. Der Einfluss des Ozons könnte auch auf längeren Zeitskalen wirken, da im Laufe dieses Jahrhunderts die Ozonschicht über der Arktis zunehmen und die Werte vor Beginn der Ozonloch-Ära überschreiten wird. Dies dürfte zukünftige Klimaprojektionen durch dynamische und Strahlungsprozesse beeinflussen. Neue Studien deuten darauf hin, dass Ozonrückkopplungen in Klimasimulationen die bodennahe Erwärmung aufgrund einer Erhöhung der CO2-Konzentrationen um bis zu 20% verringern kann. Das bei diesem Effekt bedeutsame Zusammenwirken von stratosphärischer Ozon- und Wasserdampfrückkopplung erwies sich aber als modellabhängig und ist daher mangelhaft quantifiziert. Insgesamt ist der Klimaeinfluss von Variabilität und Trends des nordhemisphärischen stratosphärischen Ozons nicht hinreichend geklärt, aufgrund der komplexen Kopplung zwischen Zirkulation und Strahlung; diese Kopplungen sind in vielen Klimamodellen nicht ausreichend berücksichtigt. Das Ziel dieses Projekt ist es daher, diese offenen Fragen durch Analyse neuer Beobachtungen und Simulationen mit dafür geeigneten Modellen zu klären. Erstens wird der Effekt von stratosphärischem Ozon auf die Variabilität der Nordatlantischen Oszillation (NAO) durch Simulationen mit verschiedenen Modellen bestimmt. Zweitens wird die Wirkung von multi-dekadischen Ozontrends auf die Zirkulation bestimmt. Drittens wird der Einfluss von Ozon-Rückkopplungen auf den von Strahlungsantrieben (Treibhausgase, Sonneneinstrahlung) hervorgerufenen Klimaresponse quantifiziert. Durch verbessertes Prozessverständnis von Ozon-Klima-Rückkoppelungen auf verschiedenen Zeitskalen wird dieses Projekt neue Erkenntnisse zur Bedeutung von Ozon im Erdsystem liefern. Es wird auch den Nutzen einer Berücksichtigung interaktiver Ozon-Chemie für saisonale und multi-dekadische Projektionen klären. Darüber hinaus werden neue Anhaltspunkte für Methoden geliefert, mit denen die Darstellung relevanter Rückkoppelungsprozesse in zukünftigen Modellgenerationen verbessert werden können. Indem die Ergebnisse des Projekts die Grundlagen für die Bewertung politischer Maßnahmen verbessern, tragen sie der Anforderung des Emmy-Noether-Programms an wirkungsvolle und gesellschaftlich relevante Forschung Rechnung.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Schweiz, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. William T. Ball (†); Professorin Dr. Daniela Domeisen; Dr. Jaga Richter; Professor Dr. Darryn W. Waugh