Die Ursachen und Folgen außergewöhnlich starker stratosphärischer Polarwirbel und der damit verbundenen Ozonlöcher: von saisonalen zu langfristigen Auswirkungen (ENRICH)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christoph Jacobi, seit 7/2024; Dr. Miriam Sinnhuber, seit 9/2024
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516378721

Während das Ozonloch in der Antarktis ein häufig beobachtetes Ereignis ist, wurde das Gegenstück der nördlichen Hemisphäre bis vor kurzem noch nie beobachtet. Zwei bemerkenswerte Ausnahmen waren die schweren chemischen Ozonzerstörungsereignisse in der Arktis in den Jahren 2011 und 2020, bei denen die regionalen Ozonverluste über der Arktis mit denen im antarktischen Ozonloch vergleichbar waren. Bei beiden Ereignissen war der polare Polarwirbel der Arktis im Winter und Frühjahr außergewöhnlich stark, kalt und langlebig. Infolgedessen war die Gesamtozonsäule über der Polkappe in beiden Jahren deutlich niedriger. Zum Beispiel betrug die durchschnittliche Gesamtozonsäule über der nördlichen Polkappe im zeitigen Frühjahr (Februar-April 2020) 340 DU, was etwa 30 % unter dem langjährigen Mittel von 1979 bis 2019 liegt. Diese Ereignisse sind beispiellos für das Satellitenzeitalter (1979/1980 bis heute); damit verzeichneten die Jahre 2011 und 2020 die größten arktischen Ozonverluste seit Beginn der Aufzeichnungen. Da Ereignisse wie diese noch nie zuvor beobachtet wurden, verdienen sie besondere Aufmerksamkeit. Der ENRICH-Vorschlag konzentriert sich auf Ursachen und Folgen solcher kalten und anhaltenden Polarwirbel und der damit verbundenen Ozondefizite auf Thermodynamik, Dynamik, Chemie und Transport in der mittleren Atmosphäre und der Troposphäre. ENRICH ist ein jpint-Projekt des Leipziger Instituts für Meteorologie der Universität Leipzig und des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung des Karlsruher Instituts für Technologie. Das Projekt richtet sich an zwei Doktoranden und umfasst insbesondere Modellversuche mit dem Modellsystem ICON-ART. Wir werden zwei Konfigurationen des Modells verwenden: Eine für die saisonale Gesamtvorhersage und eine andere für langfristige Klimasimulationen. Die Modellsimulationen werden durch Analysen von CMIP6-Modellsimulationen, ERA5- und MERRA-Reanalysedaten und GPS-Messungen ergänzt. Das Projekt wird es uns ermöglichen, Folgendes zu untersuchen: (1) Welche Rolle spielt der Klimawandel bei der Entstehung des außergewöhnlich starken Polarwirbels und des damit verbundenen Ozonlochs im Winter/Frühjahr 2011 und 2020 und wie lässt sich dies mit einer globalen Spectrally Nudged Storyline-Methode analysieren? Was ist das Schicksal solcher Extremereignisse unter dem Klimawandel? (2) Was wäre in den kommenden Jahrzehnten mit ENRICH-ähnlichen Ereignissen unter zukünftigen Klimaprojektionen passiert, wenn die Verhandlungen und die Ratifizierung des Montrealer Protokolls nicht umgesetzt worden wären (Weltvermeidungsszenario)? (3) Was sind die relativen Beiträge des dynamischen (ausgeglichenen (Rossby-)Modus gegenüber dem Trägheits-Schwerkraft-Modus) gegenüber den chemischen/thermodynamischen Veränderungen bei der Bildung der extremen Polarwirbel im gegenwärtigen und zukünftigen Klima? 4 Welche Folgen haben solche extremen stratosphärischen Situationen für das troposphärische Wetter?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragsteller: Professor Dr. Peter Braesicke, bis 9/2024; Dr. Khalil Karami, bis 6/2024