SFB 641:  Die troposphärische Eisphase - TROPEIS

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften ; Geowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5486032

Die troposphärische Eisphase umfasst die Vielfalt der gefrorenen Wolken- und Niederschlagselemente: Eiskristalle, Graupelteilchen, Schneeflocken oder Hagelkörner. Eiskristalle können sich in reinster, partikelfreier Luft nur bei Temperaturen unter -40°C bilden. Die Eisbildung wird aber bei Temperaturen von 0°C bis -40°C durch Aerosolpartikel mit besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften, die Eiskeime, begünstigt. Herkunft, Eigenschaften und Konzentrationsverteilung dieser Eiskeime sowie die räumliche Verteilung der Eisphase sind nur lückenhaft bekannt.Etwa 80% des globalen Niederschlages fällt aus Wolken, die Eis enthalten. Es ist deshalb wichtig, die Prozesse der Niederschlagsbildung, an denen Eis beteiligt ist, genau zu kennen, um eine quantitative Vorhersage zu erreichen.Die Bildung und Verteilung der Eisphase hat auch erhebliche Auswirkungen auf den Energiehaushalt der Atmosphäre, die atmosphärische Strahlungsbilanz, insbesondere im oberen Bereich von konvektiven Wolkensystemen sowie in Zirruswolken, und auf die Konzentrationsverteilung und den Transport vieler atmosphärischer Spurenstoffe. Diese Fragestellungen werden in 14 Teilprojekten untersucht, die den Teilbereichen "Entstehung und Charakterisierung der Eisphase" sowie "Die Wirkung der Eisphase in der Troposphäre" zugeordnet sind. Im ersten Förderzeitraum liegt der Schwerpunkt bei der Entwicklung und Erprobung von experimentellen Messverfahren, der Durchführung von Prozessstudien im Labor sowie der Entwicklung von numerischen Modellen.Die neuen experimentellen Verfahren werden für koordinierte Messprogramme zur Untersuchung der Verteilung und Zusammensetzung der Eisphase eingesetzt. Als Messplattform soll insbesondere das neue Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and LOng range research aircraft) genutzt werden. Ein weiterer Schwerpunkt sind Prozessstudien zur Wechselwirkung von Eiskristallen mit ihrer atmosphärischen Umgebung, deren Ergebnisse auch zur Validierung der neu entwickelten numerischen Modelle erforderlich sind.Der Sonderforschungsbereich unterstützt die Vernetzung und Koordination der nationalen Forschungsarbeiten durch Organisation jährlicher "Workshops" und durch Kooperation mit anderen Forschungsinstitutionen im Rahmen von nationalen (und internationalen) Forschungskampagnen. Er ist langfristig daraufhin ausgerichtet, eine umfassende Bewertung der globalen Verteilung und der Charakterisierung der Eisphase und ihrer Rolle in der Troposphäre zu erarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Internationaler Bezug: Schweiz

Abgeschlossene Projekte

• A01 - In Situ IN (Ice Nuclei) Messungen (Teilprojektleiter Bundke, Ulrich ;  Jaenicke, Ruprecht ;  Pöschl, Ulrich )
• A02 - Konstitution und Verteilung von Eiskernen in der anthropogen beeinflussten Atmosphäre Mitteleuropas und in ferntransportiertem Mineralstaub (Teilprojektleiter Bingemer, Heinz ;  Schütz, Lothar ;  Weinbruch, Stephan )
• A03 - Massenspektrometrische in situ Analysen der chemischen Komposition von Eiskeimen und Eispartikelresiduen (Teilprojektleiter Borrmann, Stephan ;  Curtius, Joachim )
• A04 - Einfluss organischer Verbindungen auf die Eiskeimfähigkeit des Aerosols (Teilprojektleiter Moortgat, Ph.D., Geert K. ;  Williams, Jonathan )
• A05 - Holographische in-situ Messungen der mikrophysikalischen Größen atmosphärischer Partikel in vereisten Wolken (Teilprojektleiter Vössing, Hermann-Josef )
• A07 - Tomographische und spektroskopische Charakterisierung der Phasenverteilung von Fremdstoffen in Eispartikeln (Teilprojektleiter Kersten, Michael )
• A08 - Einschluss von Fremdmolekülen bei der Bildung der troposphärischen Eisphase: Berechnung von Struktur und Energie der Einschlüsse (Teilprojektleiter Schmidt, Martin U. )
• B01 - Bedeutung der troposphärischen Eisphase für die globale Dynamik (Teilprojektleiter Wirth, Volkmar )
• B02 - Die Rolle der Eismikrophysik für die Modellierung und Vorhersage von Schneestürmen und Eisregen in Mitteleuropa (Teilprojektleiter Wernli, Heini )
• B03 - Einfluss der Eisphase auf die Dynamik von tropischen Orkanen (Teilprojektleiter Frisius, Thomas ;  Herbert, Fritz )
• B04 - Einfluss der Eisphase in hochreichender Konvektion auf Spurenstoffkonzentrationen in der Troposphäre (Teilprojektleiter Lawrence, Mark G. )
• B05 - Untersuchungen zum Einfluss der Partikeleigenschaften auf den Strahlungstransport in unterkühlten und vereisten Wolken (Teilprojektleiter Borrmann, Stephan )
• B07 - Untersuchungen am Windkanal über das Bereifen von Eispartikeln. II: Einfluss von Turbulenz und Retention von wasser-löslichen Organika (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Diehl, Karoline ;  Mitra, Subir Kumar )
• B08 - Verteilung flüchtiger organischer Substanzen (VOCs) zwischen Gasphase, Eisphase und Quasi-Liquid-Layer (Teilprojektleiter Püttmann, Wilhelm )
• B09 - Räumliche Inhomogenitäten in Zirren: Effekte auf die atmosphärische Strahlung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter de Reus, Marian ;  Spichtinger, Peter ;  Wendisch, Manfred )
• C01 - Zentrales Verwaltungsprojekt (Teilprojektleiter Bingemer, Heinz ;  Borrmann, Stephan )

• Antragstellende Institution: Goethe-Universität Frankfurt am Main
• Beteiligte Hochschule: Johannes Gutenberg-Universität Mainz; Technische Universität Darmstadt
• Beteiligte Institution: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) ; Institut für Atmosphäre und Klima; Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut)
• Sprecher: Professor Dr. Stephan Borrmann
• stellvertr. Sprecher: Professor Dr. Ulrich Schmidt