Das Strahlungsbudget spielt eine entscheidende Rolle für Klimaveränderungen. Dieses Projekt untersucht systematisch die Reaktion der Bodenfeuchte auf den Strahlungsantrieb durch Veränderungen der atmosphärischen Zusammensetzung sowie den Einfluss von Wassermanagement mithilfe von CMIP6-Modellen. Mit Fokus auf die Reaktion der Bodenfeuchte in Europa, unterscheidet das Projekt Beiträge von Wassermanagement, Treibhausgasen, anthropogenen Staubaerosolen, sowie Aerosolen aus Biomasseverbrennung und industrieller Verschmutzung. Es trägt dazu bei, die mögliche zukünftige Entwicklung von anthropogenen Staubaerosolen in einer wärmeren Welt zu verstehen.
Ziel ist es ein Netzwerk meteorologischer Stationen in der Atacama zu etablieren. Diese Arbeit wird aktiv von unseren Partnern in Chile unterstützt. Gegenwärtig gibt es nur vereinzelt meteorologische Stationen am Küstenstreifen und fast keine im Kern der Atacama Wüste. Ein weiteres Ziel ist die bodengestützten Observationen mit Fernerkundungsdaten zu vereinen. Beide Datensätze werden als Test für die Zuverlässigkeit von Klimamodellen dienen, die das heutige Klima beschreiben. Auf Basis dieser Tests werden Klimamodelle für das Klima in der Vergangenheit entwickelt. Letztere würden mit Klimaproxydaten anderer Teilprojekte verifiziert werden.
Um den Einfluss von Modelländerungen die von den anderen Forschungsbereichen des SFB/TRR erarbeitet wurden auf die Resultate von zwei modernen deutschen Klimamodellen (ICON-A/ICON-O und ECHAM6/FESOM) zu beurteilen, werden Metriken und Fehlerdiagnosen entwickelt. Mit Hilfe des 'Earth System Model Validation Tool' werden diese für die Partner verfügbar gemacht. Es sollen Protokolle für numerische Experimente entwickelt werden um die Modelle, ihre Reaktion auf geänderten Antrieb und Randbedingungen effektiv zu evaluieren sowie die Sensitivität auf die numerische Formulierung und Parametrisierungen zu beschreiben.
Dieses Projekt zielt darauf ab ein Schließungsschema für die atmosphärische Zirkulation zu entwickeln welches für die numerische Trunkierung im Bereich der geschichteten Makroturbulenz nutzbar ist. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Erhaltungseigenschaften und Skaleninvarianz. Hochaufgelöste Lidar- und Radarmessungen von Temperatur und Wind sowie eine Reihe anderer Messungen werden benutzt um horizontale und vertikale Spektren der oberen Troposphäre und der Mesosphäre zu konstruieren und um Modellergebnisse zu validieren.
Die Strukturbildung auf der Wolkenskala wird mit zwei Methoden untersucht. Zum einen werden hochaufgelöste numerische Wolkensimulationen durchgeführt und die Resultate auf Strukturbildung hin analysiert. Zum anderen werden die grundlegenden Gleichungen mit mathematischen Methoden untersucht, um Strukturbildung zu identifizieren. In einem Syntheseschritt werden beiderlei Resultate verwendet, um Minimalmodelle zur Beschreibung von Wolkenstrukturen zu entwickeln. Diese Modelle werden schließlich zur Bestimmung der Wirkung von Wolkenstrukturen auf größerskalige Prozesse benutzt.
Ein neues Konzept für Schwerewellenparametrisierungen in atmosphärischen Zirkulationsmodellen soll entwickelt werden. Es basiert auf der Beschreibung des Wellenfeldes durch die Wellenenergie im physikalischen und Wellenzahlraum und seiner prognostischen Berechnung durch die Strahlungstransportgleichung. Die vorgeschlagene Parametrisierung soll zum ersten Mal 1) alle relevanten Quellen kontinuierlich in Raum und Zeit beinhalten, und 2) alle Schwerewellenquellen (Orographie, Fronten und Konvektion) mit einer einzelnen Parametrisierung beschreiben. Darüber hinaus wird das neue Konzept in einer exakt energieerhaltenden Form formuliert werden.
Mithilfe von klimatologischen Daten werden Hitzewellen über Europa definiert und charakterisiert. Die Verbindung zwischen Rossbywellenpaketen in der oberen Troposphäre, dem extratropischen Wellenleiter und Hitzewellen wird mit Hilfe einer Wavelet-Analyse sowie mit einer Diagnostik, die auf linearer Wellentheorie beruht, untersucht. Komplementär dazu wird die Rolle von lokalen Prozessen (zum Beispiel in der Grenzschicht) für das Auftreten und die Stärke von Hitzewellen quantifiziert. Zusammengenommen sollen die Untersuchungen die Frage klären, welche Prozesse und welche Skalen die Vorhersagbarkeit von Hitzewellen am stärksten beeinflussen.
Das Ziel dieses Projektes ist es, neue Parametrisierungen und numerische Algorithmen zur Verbesserung der Energiekonsistenz in die Ozeankomponenten der neuen Erdsystemmodelle, die momentan in Deutschland entwickelt werden, zu implementieren. Das Projekt wird ebenfalls die Entwicklung und Implementierung von neuen atmosphärischen Parametrisierungen unterstützen. In Zusammenarbeit mit den anderen Projekten im SFB/TRR wird das Projekt einen Rahmen für die Synthese der gemeinsamen Arbeit liefern und dient - zusammen mit S1 - als ein Erfolgskriterium.
Die Ziele dieses Teilprojektes sind das bessere Verständnis der Ursachen extremere Hochwasserereignisse, die Einschätzung möglicher zukünftiger Hochwasserextremereignisse und die Untersuchung der Vorhersagbarkeit dieser Ereignisse. Dies soll aus der Perspektive der Vielzahl beteiligter atmosphärischer Prozesse und ihrer Skalenvielfalt durchgeführt werden. Daher wird dieses Teilprojekt wichtige Beiträge in der Forschergruppe SPATE liefern. Unter diesen generellen Zielen wollen wir folgende Forschungsfragen adressieren: 1. Was sind die großskaligen atmosphärischen Vorbedingungen für extreme Hochwasserereignisse? 2. Welche Prozesse verstärken den Niederschlag und die Niederschlagswirkung regional/lokal und verursachen dadurch extreme Hochwasserereignisse? 3. Was sind die raumzeitliche Variabilität und die Klimazukunft dieser atmosphärischen Faktoren und was sind ihre Antriebsfaktoren im Klimasystem? Die beiden ersten Fragen sollen in der ersten Phase (PH1, Monate 1 bis 36) der Forschergruppe SPATE bearbeitet werden. Die dritte Frage soll in Phase 2 bearbeitet werden. Zusätzlich sollen atmosphärische Felder, wie beispielsweise Niederschlag, und abgeleitete Indikatorzeitserien für andere Teilprojekte auf Basis einer über 100jährigen Reanalyse, meteorologischer Beobachtungen und Klimasimulation bereitgestellt werden. Der Forschungsplan der ersten Phase besteht aus drei Arbeitspaketen. Bevor die meteorologischen Ursachen extremer Hochwasserereignisse systematisch untersucht werden können, ist die Erstellung einer langzeitlichen (hier über 100-jährigen) vier-dimensionalen meteorologischen Referenz notwendig (Arbeitspaket 0). Die Referenz basiert auf aufbereiteten Niederschlagsdaten, raumzeitlich (mit dem Modell COSMO-CLM) verfeinerten (auf 12 km Gitterdistanz) Reanalysen (ERA-20C ab 1901, NOAA/NCEP 20 CR für den Zeitraum 1851 bis 1900). Diese Referenz erlaubt eine robuste Statistik der Hochwasser-Wetterlagen-Beziehungen und des Verfolgens der Feuchte im atmosphärischen System (Arbeitspaket 1). Regionale und lokale den Niederschlag verstärkende Faktoren (wie Bodenfeuchte-Niederschlagswechselwirkung, frontale/orographische Hebung mit/ohne konvektive Aktivität) werden in Arbeitspaket 2 mit konvektionserlaubenden Simulationen (Gitterdistanzen kleiner als 2 km) mit COSMO-CLM untersucht. In der zweiten Projektphase planen wir zwei Arbeitspakete. Ein Paket wird die klimatologischen Antriebsfaktoren und die multi-skalige Vorhersagbarkeit bearbeiten. In einem weiteren Arbeitspaket wird die Entwicklung von Hochwasserereignissen aus meteorologischer Perspektive bis in das Jahr 2100 betrachtet. Dieses Teilprojekt wird extreme Hochwasserereignisse und deren Eigenschaften den multiskaligen atmosphärischen Prozessen zuordnen und wird außerdem die Zuordnung hydrologischer Prozesse in der Forschergruppe SPATE unterstützen.
Untersucht wird die Auswirkung der Variation von Kenngrößen in Wolkenparameterisierungen sowie von Umgebungsbedingungen auf die Wolkenentwicklung, im dem Hauptaugenmerk auf Eigenschaften, die sich als robust erweisen. Unsicherheiten in den Wolkenparametern werden mit einem Bayesischen Ansatz untersucht. Zur Bestimmung des Einflusses variabler Umgebungsbedingungen werden sich ergänzende inverse Methoden benutzt. In einer Synthese wird zuletzt die Variabilität von Wolken und deren robusten Eigenschaften in Abhängigkeit von den Modellparametern und den Umgebungsbedingungen bestimmt.
| Origin | Count |
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| Bund | 54 |
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| Förderprogramm | 54 |
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| offen | 54 |
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| Boden | 32 |
| Lebewesen und Lebensräume | 32 |
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