Wolken, Aerosole und Klima
Die Rolle von Wolken und Aerosolen im Klimasystem stellt nach wie vor eine besonders große Unsicherheit bei der Vorhersage der zukünftigen Entwicklung des Klimas, sowie beim Verständnis des Wasserkreislaufs dar. Eine Erweiterung der Kenntnisse zu Wolken- und Aerosolprozessen dient der Vertiefung unseres Verständnisses des Klimasystems und seiner Änderung und ist eine wesentliche Voraussetzung zur Beurteilung der klimatischen Auswirkungen der Verkehrsemissionen.
Am Institut für Physik der Atmosphäre wurden in den letzten Jahren große Fortschritte bei der Fernerkundung von Aerosolen, Wasser- und Eiswolken per Satellit und Flugzeug erzielt. Passive Instrumente mit hoher zeitlicher Auflösung ermöglichen den Lebenszyklus von Wolken aus dem Weltraum zu verfolgen. Mit Hilfe globaler Klimamodelle werden Aerosole und Wolken und ihre jeweiligen Eigenschaften simuliert und Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen sowie ihre Rolle im Klimasystem untersucht. Ein Aerosolmodul simuliert das atmosphärische Aerosol, welches sowohl den Strahlungshaushalt als auch die Wolken modifiziert, da Aerosolpartikel als Kondensationskeime oder auch als Eiskerne dienen können. Gegenwärtige Forschungsaktivitäten widmen sich unter anderem Aerosoleffekten auf Zirruswolken sowie den Klimawirkungen von Partikeln aus Land-, Schiffs- und Luftverkehr. Umfangreiche Arbeiten werden auch zur Simulation von Zirruswolken durchgeführt , deren komplexe Physik zurzeit noch nicht adäquat in Klimamodellen enthalten ist.
Erste Schritte zur Erzeugung realitätsnaher virtueller Satellitenbilder aus den Ergebnissen von Wetter- und Klimamodellen wurden unternommen. Diese erlauben nicht nur einen direkten Vergleich mit realen Beobachtungen, sondern stellen auch eine leistungsfähige neue Methode dar, um Wolkenparametrisierungen zu testen, sowie um Algorithmen für die Fernerkundung von Wolken zu entwickeln und zu überprüfen. Im Rahmen der Entwicklung neuartiger Fernerkundungsverfahren für Wolken und Aerosol steht die Synergie aktiver und passiver Fernerkundung mittels Lidar, Radar, abbildender Spektrometer und in-situ Beobachtungen auf satelliten- und flugzeuggestützten Plattformen im Vordergrund, dies insbesondere auch mit Blick auf die bevorstehende EarthCARE Mission. Die kombinierte Nutzung von aktiven und passiven Sensoren ermöglicht eine quantitative Ermittlung der Vertikalprofile von Wolkeneigenschaften und deren Auswirkung auf die Strahlungsbilanz der Erde vom Weltraum aus.
Weiter streben wir eine Verbesserung der Darstellung des Wasserbudgets in der oberen Troposphäre in Klima- und numerischen Wettervorhersagemodellen an. Insbesondere sehen wir hier Chancen, da Hochleistungsrechner eine direkte Simulation von Wolken in ultra-hochauflösenden Modellsimulationen ermöglichen, welche einerseits mit Beobachtungsdaten validiert und andererseits als virtuelle Realität zur Entwicklung von Wolkenparametrisierungen verwendet werden können.