Modellierung und Parametrisierung von durch Rinnen generierter Turbulenz in der atmosphaerischen Grenzschicht ueber antarktischem Meereis

• Antragsteller: Dr. Micha Gryschka; Dr. Christof Lüpkes; Professor Dr. Detlef Stammer, seit 5/2018
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314651818

In diesem Projekt werden turbulente atmosphärische Konvektionsprozesse untersucht, die sich über eisfreien oder mit dünnem Neueis bedeckten Rinnen im antarktischen Meereis entwickeln. Im Winter werden dadurch starke turbulente Wirbel erzeugt, die die atmosphärische Grenzschicht und deren Wechselwirkung mit dem Meereis beeinflussen. Die Skala der energietransportierenden Wirbel ist viel kleiner als die Gitterweite aktueller Klima- und Wettervorhersagemodelle, so dass Parametrisierungen notwendig sind. Trotz Fortschritten in den vergangenen Jahren bezüglich hoch auflösender Modellierung als auch Parametrisierung bleiben noch viele offene Fragen. Diese betreffen den Einfluss des meteorologischen Antriebs, der Rinnengeometrie, der Meereistopographie und sehr kleinskaliger organisierter Konvektion auf die turbulenten Transporte. Das Projekt ist in drei Bereiche mit folgenden Zielen unterteilt. Das erste Ziel (1) ist es, Konvektionsprozesse über Rinnen besser zu verstehen. Dazu wird ein modernes Grobstruktursimulationsmodell (LES) benutzt, mit dem atmosphärische Konvektion im Bereich von Rinnen realitätsnah wiedergegeben werden kann. Die Simulationen zielen z.B. darauf ab, den Einfluss der Rinnengeometrie und meteorologischer Antriebsparameter auf die atmosphärische Turbulenz und auf die Wechselwirkung konvektiver Plumes mit der darüberliegenden Inversion zu verstehen. Erstmals liegen auch zur Validierung geeignete Flugzeugmessungen vor. Das zweite Ziel (2) ist es, Parametrisierungen der Turbulenz über Rinnen basierend auf den Ergebnissen des LES Modells zu verbessern. Dies soll zunächst für nichtwirbelaufösende mikroskalige Atmosphärenmodelle geschehen und schliesslich auch für Klimamodelle. Sowohl die Arbeiten mit dem LES Modell als auch die Parametrisierungsarbeiten nutzen Ergebnisse früherer erfolgreicher Arbeiten der Antragsteller für das SP1158. Die neuen Arbeiten zielen auf komplexere Fälle und im Unterschied zu den früheren SPP Arbeiten auch auf die Parametrisierung in Klimamodellen. Eine der Schwierigkeiten zur Abschätzung des Rinneneinflusses ist mit den Schwierigkeiten der Satellitenfernerkundung von Rinnen verbunden. Daher werden die Arbeiten zur Modellierung und Parametrisierung durch Fernerkundungsarbeiten unterstützt. Diese basieren auf Daten von Satellitensensoren mit hoher und mittlerer Auflösung (Ziel 3). Mit seinem Schwerpunkt auf Rinnen und kleinskaligen Prozessen trägt dieses Projekt zum übergreifenden Ziel 2.2.4 des SPP 1158 bei, welches darin besteht, z.B. , einen starken Fokus auf diejenigen lokalen Einflüsse zu setzen, welche besonders für die Polarregionen bedeutsam sind wie z.B. Einflüsse von Polynyen und Eisrinnen auf die Eigenschaften der unteren Atmosphäre. Wir beantragen die Förderung von zwei Doktoranden für je drei Jahre (Ziele 1 und 2). Ferner benötigen wir Fördermittel für studentische Hilfskräfte an der Universität Hamburg (2 Jahre), welche die Fernerkundungsarbeiten zu Ziel 3 durchführen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Lars Kaleschke, bis 5/2018