Wolken und konvektive Prozesse (Hans-Ertel Forschungsgruppe)

Kontakt: Cathy Hohenegger und Opens window for sending emailDaniel Klocke (DWD)

 

Konvektive Wolken sind ein wesentlicher Bestandteil der Atmosphäre. Sie entstehen, wachsen, organisieren sich und sterben je nach Zustand der Landoberfläche und der Atmosphäre. Aber Wolken reagieren nicht nur auf Umweltbedingungen, sondern verändern diese auch, z.B. durch das Entstehen und anschließende Verdunsten von Niederschlag. Flache und hochreichende Konvektion verknüpft Prozesse  von der Mikro- zur Makroskala, was die Modellierung von Konvektion zu einer großen Herausforderung macht.

 

Unsere Forschungsgruppe untersucht die Eigenschaften von und die Wechselwirkung zwischen Wolken, Konvektion, Grenzschicht und mikrophysikalischen Prozessen mit dem Ziel, ein besseres Prozessverständnis zu gewinnen und so eine bessere Darstellung und Vorhersage dieser Prozesse in Atmosphärenmodellen zu ermöglichen. Die wissenschaftlichen Fragestellungen, die unsere Forschungsgruppe betrachtet, schließen folgende Themen mit ein:      

  • Welche physikalischen Prozesse bestimmen die Größenverteilung von Wolken, ihren Lebenszyklus, ihre Organization und andere Eigenschaften?    
  • Wie stark ist Konvektion mit ihrer Umgebung gekoppelt und wie wirkt sich eine vereinfachte Darstellung kleinskaliger Prozesse auf den großen Skalen aus?
  • Wie muss eine Parametrisierung formuliert sein, damit sie auf verschiedenen Skalen angewendet werden kann und die Wechselwirkungen zwischen der Grenzschicht und flacher und hochreichender Konvektion realistisch darstellt?

 

Um diese Fragen zu beantworten, kombinieren wir Beobachtungen und atmosphärische Modelle von verschiedener Komplexität und horizontaler Auflösung. Unser Hauptinstrument sind sogenannte Large-Eddy Simulationen mit Auflösungen in der Größenordnung von 100 m. Solche Simulationen erlauben eine explizite Darstellung von Konvektion und liefern detaillierte Information über den Lebenszyklus der Wolken. Sie werden durch Simulationen mit Auflösungen in der Größenordnung von 1-10 km, die das Auftreten von Konvektion teilweise erlauben, und Simulationen mit noch gröberer Auflösung (> 10 km) ergänzt, um die Herausforderung, die das Multiskalenproblem an die Vorhersage von Konvektion stellt, anzugehen. Mit dieser Methodik und dem beschriebenen Forschungsschwerpunkt ist unsere Gruppe bestrebt eine Brücke zwischen den kleinen und den großen Skalen zu schlagen.

 

Die Hans-Ertel Forschungsgruppe über Wolken und konvektive Prozesse wird vom Max-Planck-Institut für Meteorologie und vom Deutschen Wetterdienst durch das Hans Ertel Zentrum für Wetterforschung finanziert.

 

Aktuelle Forschungsthemen

Lebenszyklus konvektiver Wolken

- Beschreibung der Größenverteilung von Wolken

- Physikalische Faktoren, die den Lebenszyklus von hochreichender Konvektion beeinflussen (Kaltluftregionen, Anfeuchten der Atmosphäre durch Congestus Wolken)

- Physikalische Faktoren, die die Organisation von Konvektion beeinflussen

Kopplung, Rolle und Bias

- Wechselwirkung zwischen hochreichender Konvektion (als isolierte konvektive Zellen oder organisierte Systeme) und der Landoberfläche

- Rolle vom Tagesgang fürs Klima

- Rolle von Organisation fürs Klima

- Darstellung von Konvektion in der Atlantischen innertropischen Konvergenzzone und in angrenzenden Landgebieten

Entwicklung von Parametrisierungen

- Formulierung einer stochastischen Parametrisierung für flache Konvektion

- Darstellung von Organisation