Wolken-Wellen-Kopplung

Gruppenleiterin: Claudia Stephan


Die Arbeitsgruppe "Wolken-Wellen-Kopplung" untersucht Wechselwirkungen zwischen Konvektion und kleinskaligen atmosphärischen Wellen, insbesondere Schwerewellen, um ihre Rolle bei der Formung von Wolkenmustern, Konvektion und den damit verbundenen Niederschlag zu verstehen. Wechselwirkungen zwischen Wellen und Konvektion sind in heutigen Klimamodellen nicht gut dargestellt und könnten zur verwirrenden Vielfalt beitragen, die Klimamodelle bei der Simulation tropischer Konvektion zeigen.

Konvektive Quellen regen oft ein diskretes Wellenspektrum an. Jedoch können sich Schwerewellen über große Entfernungen ausbreiten und miteinander interferieren. Die spektrale Zusammensetzung des Wellenhintergrunds und seine Auswirkungen auf die Wolkenstatistik sind nicht genau bekannt. Eines unserer wissenschaftlichen Ziele ist eine systematische Beschreibung des troposphärischen Wellenhintergrunds.

Wir sind sowohl an flacher als auch an hochreichender Konvektion interessiert. Insbesondere wollen wir verstehen, wie viel von ihrer Struktur flache Kumulus-Wolken der Existenz anderer Wolken verdanken. Unsere Gruppe untersucht die räumliche und zeitliche Entwicklung von konvektiven Zellen in einer mehrzelligen Umgebung, die teilweise durch die Kopplung zwischen konvektiven Zellen und Wellenmoden in der Grenzschicht und der freien Troposphäre bestimmt wird.

Ein weiteres interessantes Thema ist Organisation von Konvektion. Die Ausbreitung der Wellen wird einerseits von der Umgebung beeinflusst, wirkt aber auch auf diese zurück. Die durch hochreichende Konvektion freigesetzte Wärme ist stark genug, um Konvektion in der Umgebung zu organisieren. Schwerewellen können das Wachstum flacher Konvektion zu langlebigen Konvektionsbändern fördern. Wir identifizieren Ereignisse organisierter Konvektion, um zu untersuchen, wie durch Wellen herbeigeführte Störungen zu ihrer Organisation beigetragen haben.

Wir verwenden Satelliten- und Radarbeobachtungen, um den Lebenszyklus von Wolken aufzulösen, sowie In-situ-Messungen, die auf das Vorhandensein von Schwerewellen analysiert werden. Darüber hinaus stützt sich unsere Forschung stark auf numerische Experimente unter Verwendung einer Hierarchie von Modellen. Dazu gehören wolkenauflösende Simulationen mit ICON sowie mehreren idealisierten Konfigurationen des Modells, um physikalische Prozesse zu isolieren oder auszuschließen. Mit diesen gezielten Experimenten können wir Wellenquellen identifizieren und Wellen isolieren, um ihre Ausbreitung und Interaktion mit ihrer Umgebung auf Prozessebene zu untersuchen.