Dr. Charlotte Hoppe
2. Preis des Jahres 2016 (doppelt vergeben)
„A Lagrangian transport core for the simulation of stratospheric trace species in a Chemistry Climate Model“
Institut für Energie- und Klimaforschung, Teilinstitut IEK-8 Troposphäre (ehem. IEK-7 Stratosphäre), Forschungszentrum Jülich
Dr. Charlotte Hoppe
Copyright: Dr. Charlotte Hoppe
In der Stratosphäre in ca. 10-50 km Höhe spielen sich Prozesse ab, die langfristige Klimaveränderungen bewirken. Daher ist es wichtig, diesen Bereich der Atmosphäre in Modellen gut darstellen zu können. Die grobe räumliche und zeitliche Auflösung von Klimamodellen führt jedoch zu Problemen wie zu starker, nicht kontrollierbarer numerischer Diffusion.
Der Beitrag integriert erstmals das Konzept des Lagrangeschen Transportes, das bisher für die Analyse von Messungen in der Atmosphäre angewandt wurde, in ein Chemie-Klima-Modell. Beim Lagrangeschen Schema liegen die Datenpunkte nicht auf einem festen Modellgitter, sondern sie können sich frei im Raum bewegen. So ist es möglich, starke Gradienten an Transportbarrieren aufrecht zu erhalten, so wie sie in der Atmosphäre tatsächlich beobachtet werden. Als ein Arbeitsergebnis wird das neu entwickelte Modell „EMAC/CLaMS“ präsentiert, eine Kopplung aus dem Lagrangeschen Transport des „Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere“ (CLaMS) mit dem Chemie-Klima-Modell „ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry Model“ (EMAC). Die Ergebnisse der Dissertation zeigen unter anderem, dass die Ungenauigkeiten durch numerische Diffusion durch diese Integration des Lagrangeschen Transportschemas besser kontrolliert werden können. So ist es beispielsweise möglich, für Klimaveränderungen kritische Bereiche der Atmosphäre, wie die Tropopausenregion oder den Polarwirbel, in Modellrechnungen genauer darzustellen.
Der Polarwirbel ist eine relativ abgeschlossene Luftmasse, die sich im Winter über den Polen aufbaut. Hier kommt es zu starkem Ozonabbau, d.h. zur Bildung des Ozonlochs. Die Analysen zeigen, dass der Lagrangesche Transport hier verbesserte, stärkere Gradienten in den Spurengasverteilungen aufweist und somit für andere Schemata typische Probleme der Simulation des Ozonabbaus reduziert. Diese Kopplung wird langfristig wahrscheinlich für alle von Bedeutung sein, die sich mit Chemie-Klimamodellen beschäftigen.
Verlässliche Klimaprojektionen sind eine Schlüsselforderung der Gesellschaft an die Klimawissenschaft. Hierbei ist nicht nur die Projektion für die Entwicklung über Jahrhunderte wichtig, für gesellschaftliches Handeln sind vielmehr Vorhersagen der dekadischen Variabilität notwendig. Die Forschungsarbeit leistet hier einen bedeutsamen Beitrag, indem sie eine bessere Vorhersagbarkeit von atmosphärischen Prozessen erlaubt.
