Einfluss dreidimensionaler thermischer Strahlung auf das Wachstum von Wolkentröpfchen

• Antragstellerin: Dr. Carolin Klinger
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317930833

Solare und thermische Strahlung beeinflussen maßgeblich das Klima und Wetter unserer Erde. Eine wichtige Rolle spielt der Einfluss von Strahlung auf die Entwicklung von Wolken. Dennoch sind Strahlungseffekte an Wolken, insbesondere die Effekte realistischer dreidimensionaler (3D) Strahlung nicht verstanden und wurden bisher nicht systematisch untersucht. Aufgrund der Komplexität und der beanspruchten Rechenzeit wird 3D Strahlungstransport in heutigen wolkenauflösenden Modellen vernachlässigt. Wenn physikalische Prozesse auf Wolkenskala besser verstanden sind, können Wolkenparamterisierungen in heutigen Wetter- und Klimamodellen verbessert werden und somit die Vorhersage von Wetter und Klima. Eine schnelle Methodik zur Berechnung von thermischen 3D Strahlungseffekten in wolkenauflösenden Modellen wurde vom Antragssteller entwickelt. Diese Methodik erlaubt zum ersten Mal eine systematische und detaillierte Analyse von 3D Strahlungseffekten auf Wolkendynamik und Wolkenmikrophysik. Erste Studien bezüglich des Effekts von 3D Strahlung auf die Dynamik von Wolken wurden in der Doktorarbeit der Antragstellerin gemacht. Der nächste logische Schritt und Inhalt dieses Projekts ist daher, den Einfluss von Strahlung auf die Mikrophysik zu untersuchen. Wenn die Emission thermischer Strahlung eins Wolkentröpfchen berücksichtigt wird, wird erwartet, dass es schneller wächst. Die Abkühlung an der Wolkenseite ist ein 3D Effekt, der mit einer 1D Strahlungstransportapproximation nicht berechnet werden kann. Der Effekt von thermischer Strahlung auf das Tröpfchenwachstum könnte die existierende Lücke in der Tropfenwachstumstheorie schließen. Das Wachstum vom Wolkentropfen verlangsamt sich in der klassischen Diffusionstheorie bei ungefähr 10 Mikrometer massiv. Der folgende Wachstumsprozess (Kollision und Koaleszenz) setzt aber erst ab einer Tropfengröße von mindestens 20 Mikrometer ein. Für die vorgeschlagene Studie ist ein sogenanntes spektrales Mikrophysik Modell notwendig. Die Gastgeber haben haben ein solches Modell entwickelt (TAU Cloud Microphysical Code) und arbeiten damit seit vielen Jahren. Sie verfügen somit über die notwendige Erfahrung, die im Bereich der Mikrophysik für die vorgeschlagene Studie notwendig ist. Das vom Gastgeber verwendet Wolkemodell muss mit der oben genannten 3D Strahlungstransportparamterisierung erweitert werden. Als weiterer Schritt sollen geeignete Simulationen entworfen werden, mit denen die Frage, wie 3D Strahlungstransport Wolkentropfenentwicklung und in der Folge auch die Entwicklung von Regen beeinflusst, beantwortet werden kann. Schließlich werden die Ergebnisse der Simulationen evaluiert und die Ergebnisse von Simulationen mit 3D thermischer Strahlung mit Ergebnissen von Simulationen mit 1D thermischer Strahlung oder auch keiner Strahlung verglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Dr. Graham Feingold