Mittlere und hohe Atmosphäre

Gruppenleiter: Hauke Schmidt

 

Unser Ziel  ist es, besser zu verstehen, wie dynamische und physikalische Prozesse im Höhenbereich von der oberen Troposphäre bis zur Mesosphäre operieren, wie sie mit der Zusammensetzung der Atmosphäre 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 aus vulkanischer Quelle. 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. Ein neuer Fokus unserer Arbeitsgruppe ist die Tropopausenregion, was eine enge Zusammenarbeit mit anderen Gruppen der Abteilung ermöglicht.

 

In unseren Studien benutzen wir verschiedene numerische Modelle basierend auf dem atmosphärischen Zirkulationsmodellen ICON oder ECHAM. Abhängig von der Fragestellung sind 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). Momentan entwickeln wir auch eine nach oben ausgedehnte Version von ICON und implementieren Chemie-Module unterschiedlicher Komplexität in ICON.

 

 

Ausgewählte Publikationen:

 

Bittner, M., Schmidt, H., Timmreck, C. & Sienz, F.: Using a large ensemble of simulations to assess the Northern Hemisphere stratospheric dynamical response to tropical volcanic eruptions and its uncertainty. Geophysical Research Letters, 43, 9324-9332, 2016.

Bittner, M., Timmreck, C., Schmidt, H., Toohey, M. & Krüger , K.: The impact of wave-mean flow interaction on the Northern Hemisphere polar vortex after tropical volcanic eruptions. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 121, 5281-5297, 2016.

Meraner, K., Schmidt, H., Manzini, E., Funke, B. & Gardini, A.: Sensitivity of simulated mesospheric transport of nitrogen oxides to parameterized gravity waves . Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 121, 12,045-12,061, 2016.

Meraner, K. & Schmidt, H.: Transport of Nitrogen Oxides through the winter mesopause in HAMMONIA. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 121, 2556-257, 2016.

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.

Niemeier, U. & Timmreck, C.: What is the limit of climate engineering by stratospheric injection of SO2?. Atmospheric Chemistry and Physics, 15, 9129-9141, 2015.

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., Pohlmann, H., Illing, S. & Kadow, C.: The impact of stratospheric volcanic aerosol on decadal-scale climate predictions. Geophysical Research Letters, 43, 834-842, 2016.