Mittlere und hohe Atmosphäre

Gruppenleiter: Hauke Schmidt

 

Unser Ziel  ist es, besser zu verstehen, wie dynamische, physikalische und chemische Prozesse in der Stratosphäre, Mesosphäre und unteren Thermosphäre operieren und interagieren und wie sie das Klima an der Erdoberfläche beeinflussen. Im Fokus unseres Interesses steht dabei die Sensitivität der mittleren Atmosphäre gegenüber externen Einflüssen wie Treibhausgasen, solarer Aktivität oder stratosphärischen Aerosolen. Wir vergleichen diese Einflüsse mit der internen Variabilität der Atmosphäre und untersuchen, inwieweit sie zu einer Vorhersagbarkeit des Klimas beitragen. Durch das Interesse an vulkanischen Aerosolen und ihren Effekten wurden auch unsere Studien zu Methoden des Climate Engineering motiviert.

 

Über einen langen Zeitraum wurde angenommen, dass vertikale Kopplungsprozesse hauptsächlich in einer Richtung, und zwar aufwärts ablaufen. Heute wird zunehmend deutlich, dass es auch Einflüsse in entgegengesetzter Richtung gibt, und somit die Entwicklung der mittleren Atmosphäre für das troposphärische Klima von Bedeutung ist. Dieser Themenkomplex wird von uns in enger Zusammenarbeit mit der Minerva Forschungsgruppe zu „Stratosphäre und Klima“ von Elisa Manzini behandelt.

 

In unseren Studien benutzen wir verschiedene numerische Modelle basierend auf dem atmosphärischen Zirkulationsmodells ECHAM. Abhängig von der Fragestellung ist dieses entweder die Standardversion von ECHAM6, die bis in die Mesosphäre hinaufreicht, zum Teil auch gekoppelt an den Ozean als MPI-Erdsystemmodell MPI-ESM, ECHAM-HAMMOZ, d.h. ECHAM gekoppelt an das Aerosolmodul HAM und/oder das MOZART-Chemiemodul, oder das “Hamburg-Modell der Neutralen und Ionisierten Atmosphäre (HAMMONIA). Letzteres ist eine Erweiterung von ECHAM bis in die Thermosphäre hinein.

 

 

Ausgewählte Publikationen:

 

Bunzel, F., and H. Schmidt, 2013: The Brewer-Dobson Circulation in a changing climate: Impact of the model configuration, J. Atmos. Sci., 70, 1437-1455, 2013.

Miller, A., Schmidt, H., & Bunzel, F., Vertical coupling of the middle atmosphere during stratospheric warming events. J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 97, 11-21, 2013.

Misios, S. and H. Schmidt: The role of the oceans in shaping the tropospheric response to the 11-year solar cycle, Geophys. Res. Lett, 40, 6373-6377, 2013.

Niemeier, U., H. Schmidt, K. Alterskjær and J. E. Kristjánsson:  Solar irradiance reduction via climate engineering: Impact of different techniques on the energy balance and the hydrological cycle, J. Geophys. Res., 118, 12195–12206, 2013.

Schmidt, H., K. Alterskjær, D. Bou Karam, O. Boucher, A. Jones, J. E. Kristjansson, U. Niemeier, … and C. Timmreck: Solar irradiance reduction to counteract radiative forcing from a quadrupling of CO2: climate responses simulated by four earth system models, Earth Syst. Dynam., 3, 63-78, 2012.

Schmidt, H., Rast, S., Bunzel, F., Esch, M., Giorgetta, M. A., Kinne, S., Krismer, T., Stenchikov, G., Timmreck, C., Tomassini, L., & Walz, M.: The response of the middle atmosphere to anthropogenic and natural forcing in the CMIP5 simulations with the MPI-ESM. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 5, 98-116, 2013.

Timmreck, C.: Modeling the climatic effects of volcanic eruptions, Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 3, 545-564, 2012.

Timmreck, C., Graf, H.-F., Zanchettin, D., Hagemann, S., Kleinen, T., & Krüger, K.: Climate response to the Toba super-eruption: regional changes. Quaternary International, 258, 30-44, 2012.