Vulkanische Auswirkungen auf die Dynamik der Atmosphäre (VolDyn)

Description: Eine Fülle an wissenschaftlichen Studien hat sich mit der Reaktion der stratosphärischen und troposphärischen Dynamik auf vulkanische Aerosole beschäftigt. Wegen der geringen Anzahl an gut beobachteten großen Eruptionen sowie der internen Variabilität des Systems gibt es zwar immer noch einige unbeantwortete Fragen, aber dennoch einen allgemeinen Konsens dass große Eruptionen insbesondere zu einer Beschleunigung der stratosphärischen Meridionalzirkulation, einer Verstärkung des stratosphärischen Polarwirbels und einer troposphärischen Reaktion auf diese stratosphärische Anomalien führen. Wenig ist hingegen über die Auswirkung auf die Mesosphäre bekannt. Es gibt indirekte Hinweise auf Temperaturanomalien durch die Beobachtung von polaren mesosphärischen Wolken (PMC) sowie direkte aus Lidarbeobachtungen nach der Pinatuboeruption. Der potenzielle Mechanismus dahinter ist allerdings weitgehend unbekannt. Unser Projekt möchte diese Wissenslücke schließen.In Phase I von VolDyn konnten wir zeigen, dass Daten des HALOE (Halogen Occultation Experiment) Satelliteninstruments, welches seine Beobachtung kurz nach dem Pinatuboausbruch aufnahm, auf positive Temperaturanomalien in der oberen Mesosphäre hindeuten, die möglicherweise mit dieser Eruption zusammenhängen. Erste Simulationen mit dem UA-ICON (upper atmosphere icosahedral non-hydrostatic) Modell zeigen für die Sommerhemisphäre einen starken Einfluss der stratosphärischen Zirkulationsanomalien auf die Mesosphäre. Derzeit untersuchen wir inter-hemisphärische Kopplungsprozesse.In Phase II von VolDyn werden wir weiterhin UA-ICON nutzen, um die Sensitivität der mesosphärischen Störung systematisch auf spezifische Charakteristika einer Eruption zu untersuchen, etwa die emittierte Schwefelmasse, den Breitengrad der Eruption oder die Jahreszeit während des Ausbruches.Da die mesosphärischen Anomalien wahrscheinlich sensitiv gegenüber der Charakteristik von stratosphärischen Zirkulationsanomalien sind, wollen wir die Pinatuboeruption (der größte Vulkanausbruch in der Satellitenära) und ihren Einfluss bis in die Mesosphäre so realistisch wie möglich simulieren und dabei auf ein Nudging der Stratosphäre zurückgreifen. Unser Ziel besteht darin, nicht nur einen qualitativen, sondern auch einen quantitativen Vergleich mit existierenden Beobachtungen zu ziehen – etwas, dass für andere massive Eruptionen wie die des Tambora oder Krakatau nicht möglich ist. Um die Simulationsergebnisse mit Beobachtungen zu vergleichen, werden wir praktisch alle verfügbaren Temperaturmessungen nutzen, welche die Mesosphäre zum Zeitpunkt des Pinatuboausbruches (oder kurz danach) erfasst haben.Nicht nur die Zirkulation, sondern auch Wasserdampfanomalien könnten zu den beobachteten PMC-Signalen beigetragen haben. Aus diesem Grund wollen wir den Transport von vulkanischem Wasserdampf bis in die polare Sommermesopausenregion in weiteren Modellstudien analysieren.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Bewölkung ? Atmosphärisches Aerosol ? Brüden ? Halogen ? Interferometrie ? Lidar ? Wasserdampf ? Wind ? Schwefel ? Geografische Koordinaten ? Aerosol ? Satellit ? Temperaturmessung ? Vulkanismus ? Globales Klimamodell ? Nudging ? Daten ? Simulationsmodell ? Stratosphäre ? Studie ? Wolke ? Mesosphäre ? Obere Atmosphäre ? Atmosphäre ? Gebirge ? Großveranstaltung ?

Region: Mecklenburg-Western Pomerania Hamburg

Bounding boxes: 12.5° .. 12.5° x 53.83333° .. 53.83333°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
• Institut für Physik Rostock (Projektverantwortung)
• Max-Planck-Institut für Meteorologie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Greifswald (Projektverantwortung)

Time ranges: 2019-01-01 - 2025-11-13

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Volcanic impacts on atmospheric dynamics (VolDyn)
  Description: There is a large body of scientific literature on the response of stratospheric and troposphericdynamics to volcanic aerosol clouds. Due to the small number of well observed large eruptions and due to the large internal variability of the system, there are still some open questions, but a general picture has emerged which involves in particular an acceleration of the stratospheric meridional overturning circulation, the strengthening of stratospheric vortices and tropospheric responses to this stratospheric anomaly. Much less is known, however, about the mesospheric response. There are indirect indications of temperature anomalies from observations of polar mesospheric clouds (PMC) and direct ones from Lidar observations after the Pinatubo eruption, but little is known about potential mechanisms which may have contributed to this. Our project intends to fill this knowledge gap. In phase I of VolDyn we showed that also the Halogen Occultation Experiment (HALOE) satellite instrument, that started observing shortly after the Pinatubo eruption, indicates a positive upper mesospheric temperature anomaly possibly related to the eruption. First simulations with the upper atmosphere icosahedral non-hydrostatic (UA-ICON) general circulation model have shown for the summer hemisphere a clear influence of stratospheric circulation anomalies on mesospheric dynamics. We are currently analyzing interhemispheric coupling processes.In phase II of VolDyn we will continue using UA-ICON to systematically explore the sensitivity of the mesospheric perturbation to the characteristics of an eruption, such as the emitted sulfur mass, the eruption latitude, or the eruption season.Moreover, as mesospheric anomalies are likely sensitive to specifics of stratospheric circulation anomalies, we want to simulate the historic Pinatubo eruption (the largest volcanic event in the satellite era) and its effects up to the mesosphere as realistically as possible using a nudging approach for the stratosphere. Our aim is to not only make a qualitative but also a quantitative comparison with existing observations – something that is not possible for other historic eruptions such as those of Tambora or Krakatau. To compare the simulation results for the Pinatubo run with observations, we will use virtually all available mesospheric temperature data sets that contain the date of the Pinatubo eruption or the immediate months afterwards. These include data from satellite-borne instruments such as HALOE and the wind imaging interferometer (WINDII), and data from ground-based stations such as Table Mountain, Haute Provence, Hohenpeißenberg, and Wuppertal.Finally, not only circulation but also water vapor anomalies may contribute to the observed PMC signals. To understand this, we want to analyse the transport of volcanic water vapour to the polar summer mesopause in further model simulations. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118661

Status

Aktiv

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