Wolken, Aerosole und Klima

Die Rückkopplung von Wolken ist nach wie vor die größte Unsicherheit bei der Vorhersage der zukünftigen Entwicklung des Klimas (IPCC, 2007) sowie beim Verständnis des Wasserkreislaufs. Wolkeneigenschaften lassen sich besonders gut aus dem Weltraum beobachten. Ein besseres Verständnis von Wolken ist für viele Anwendungen erforderlich, etwa für die Beurteilung der klimatischen Auswirkungen von Luftfahrt, Schifffahrt und anderen Verkehrsmitteln. Die Verbesserung von Modellen ist auf Entwicklung und Test neuer physikalischer Parametrisierungen sowie Vergleichen mit geeigneten Beobachtungen angewiesen. Die zukünftigen Erdbeobachtungsmissionen, allen voran ESA EarthCARE, nutzen neuartige Konzepte, die völlig neue Einblicke in die Auswirkungen von Wasser- und Eiswolken auf Wetter und Klima eröffnen. Neue Methoden und Validierungsansätze werden benötigt, um das Potenzial dieser Palette aktiver und passiver Instrumente vollständig auszuschöpfen. Am IPA wurden in den letzten Jahren große Fortschritte bei der Entwicklung von ein- und drei-dimensionalen Strahlungstransport­modellen, bei der Fernerkundung von Aerosolen, Wasser- und Eiswolken per Satellit und Flugzeug, bei der Verbesserung der Parametrisierung von Wolken und Strahlung in numerischen Modellen und bei der Quantifizierung der Auswirkungen des Luftverkehrs auf Cirruswolken erzielt. Neue passive Instrumente mit hoher Genauigkeit wie SEVIRI auf MSG ermöglichen erstmalig, den Lebenszyklus von Wolken aus dem Weltraum zu verfolgen. Weiterhin wurden erste Schritte zur Generierung realitätsnaher künstlicher Satellitenbilder aus den Prognosen von Wetter- und Klimamodellen unternommen. Diese erlauben nicht nureinen direkten Vergleich mit realen Beobachtungen, sondern stellen auch eine leistungsfähige neue Methode dar, um Prognosemodelle zu testen und zu verbessern, sowie um Algorithmen für die Fernerkundung von Wolken zu entwickeln und zu überprüfen.

Unser Ziel ist die Entwicklung neuartiger Fernerkundungsverfahren für Wolken und Aerosol unter Nutzung der Synergie aktiver und passiver Fernerkundung mittels Lidar, Radar, abbildender Spektrometer und in-situ Beobachtungen aufsatelliten- und flugzeuggestützten Plattformen zur Vorbereitung von EarthCARE. Die Methoden bauen auf den Erfahrungen der laufenden CALIPSO- und CloudSat-Missionen auf und ermöglichen zum ersten Mal eine quantitative Ermittlung der Vertikalprofile vonWolkeneigenschaften und deren Auswirkung auf die Strahlungsbilanz der Erdevom Weltraum aus.