Antriebe tropischer Zirkulation
In der Nähe des Äquators sind die inneren Tropen die Heimat ausgedehnter Wolkensysteme und hoch aufragender Wolken mit starken Niederschlägen. In den benachbarten Subtropen herrschen weite Gebiete mit wolkenfreiem Himmel oder flachen Schäfchenwolken vor. Die beiden Gebiete unterscheiden sich nicht nur in ihrem Erscheinungsbild, sondern auch in der vertikalen Struktur der Atmosphäre, also z. B. hinsichtlich Temperatur- und Feuchteprofilen. Auch ihr Beitrag zum tropischen Wärmehaushalt, d. h. der Bilanz der ein- und ausgehenden Energieströme, unterscheidet sich. Die inneren Tropen und die Subtropen sind jedoch nicht zwei getrennte Systeme, sondern werden durch eine gemeinsame Zirkulation miteinander verbunden. Unsere Gruppe möchte besser verstehen, wie beide Regionen zum tropischen Gesamtwärmehaushalt beitragen, wie sie durch das Zirkulationssystem miteinander verbunden sind und wie empfindlich das System auf Störungen reagiert. Das Verständnis dieser Prozesse wird dazu beitragen, vorauszusehen, wie die Zirkulation und die damit verbundenen Niederschlagsmuster in dieser Schlüsselregion auf die Erwärmung reagieren werden.
Unsere Gruppe konzentriert sich auf das Verständnis von Prozessen und das Zusammenspiel zwischen der tropischen Zirkulation und ihren verschiedenen Antrieben durch Wärmeaustausch (diabatische Antriebe). Dazu gehören Strahlung, Wolkenmikrophysik (Wolkenprozesse wie Tröpfchenwachstum, Verdunstung usw., die auf der Skala einzelner Wassertropfen oder Eispartikel stattfinden, die Wolken bilden) und Wärmeströme an der Erdoberfläche. Alle diese Antriebe wirken im Wesentlichen auf sehr kleinen Skalen. Während einige der zugrundeliegenden Prozesse relativ gut verstanden sind, verhindert begrenztes Wissen zu anderen Prozessen ein Verständnis des Gesamtzusammenhangs. Unsere Gruppe versucht daher besser zu verstehen, welcher Anteil des Wärmehaushalts der Tropen durch Zirkulationen und Dynamik oder von kleinräumigen diabatischen Antrieben gesteuert wird.
Klimaforscher*innen verwenden seit Jahrzehnten numerische Modelle der Atmosphäre. Aber erst seit kurzem sind globale Klimamodelle, die Konvektion im Kilometermaßstab auflösen, realisierbar. Die Möglichkeit, das Klimasystem mit diesen konvektionsauflösenden Modellen zu untersuchen, birgt spannende Chancen und neue wissenschaftliche Herausforderungen. Konvektionsauflösende Modelle verwenden Gitter, die fein genug sind, um die vertikalen Anteile der Zirkulation aufzulösen und deren Einfluss auf mikrophysikalische Prozesse direkt darzustellen – ein wichtiger Zusammenhang, den herkömmliche Klimamodelle nicht wiedergeben können. Aufbauend auf der Kombination von konvektionsauflösenden Modellen mit Beobachtungsdaten und konzeptionellen Ansätzen fragen wir: Inwieweit beeinflussen mikrophysikalische Prozesse den Energiehaushalt der Tropen und seine Empfindlichkeit gegenüber Störungen? Selbst bei einem Gitterabstand von einigen hundert Metern werden mikrophysikalische Prozesse nur grob dargestellt. Das wirft die Frage auf, ob dies von Bedeutung ist, und wenn ja, inwieweit die Darstellung durch Beobachtungsdaten verbessert werden kann.
Die CLICCS gemeinsame Arbeitsgruppe zu den Antrieben tropischer Zirkulation wird von dem Exzellenzcluster CLICCS gefördert und ist eine gemeinsame Arbeitsgruppe des Max-Planck-Instituts für Meteorologie und der Universität Hamburg.
Gruppenwebsite am Meteorologischen Institut der Universität Hamburg
Gruppenmitglieder und Publikationen
- Fons, E., Naumann, A., Neubauer, D., Lang, T. & Lohmann, U. (2024). Investigating the sign of stratocumulus adjustments to aerosols in the ICON global storm-resolving model. Atmospheric Chemistry and Physics, 24, 8653-8675. doi:10.5194/acp-24-8653-2024 [publisher-version]
- Naumann, A., Esch, M. & Stevens, B. (2024). How the representation of microphysical processes affects tropical condensate in a global storm-resolving model (open for discussion). Atmospheric Chemistry and Physics. doi:10.5194/egusphere-2024-2268 [Preprint] [pre-print]
- Hohenegger, C., Korn, P., Linardakis, L., Redler, R., Schnur, R., Adamidis, P., Bao, J., Bastin, S., Behravesh, M., Bergemann, M., Biercamp, J., Bockelmann, H., Brokopf, R., Brüggemann, N., Casaroli, L., Chegini, F., Datseris, G., Esch, M., George, G., Giorgetta, M., Gutjahr, O., Haak, H., Hanke, M., Ilyina, T., Jahns, T., Jungclaus, J., Kern, M., Klocke, D., Kluft, L., Kölling, T., Kornblueh, L., Kosukhin, S., Kroll, C., Lee, J., Mauritsen, T., Mehlmann, C., Mieslinger, T., Naumann, A., Paccini, L., Peinado, A., Praturi, D., Putrasahan, D., Rast, S., Riddick, T., Roeber, N., Schmidt, H., Schulzweida, U., Schütte, F., Segura, H., Shevchenko, R., Singh, V., Specht, M., Stephan, C., von Storch, J., Vogel, R., Wengel, C., Winkler, M., Ziemen, F., Marotzke, J. & Stevens, B. (2023). ICON-Sapphire: simulating the components of the Earth System and their interactions at kilometer and subkilometer scales. Geoscientific Model Development, 16, 779-811. doi:10.5194/gmd-16-779-2023 [publisher-version]
- Lang, T. (2023). On the uncertainty in modelling tropical relative humidity. Phd Thesis, Hamburg: Universität Hamburg. Berichte zur Erdsystemforschung, 263. doi:10.17617/2.3501977 [publisher-version]
- Lang, T., Naumann, A., Buehler, S., Stevens, B., Schmidt, H. & Aemisegger, F. (2023). Sources of uncertainty in mid-tropospheric tropical humidity in global storm-resolving simulations. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15: e2022MS003443. doi:10.1029/2022MS003443 [publisher-version]
- Radtke, J., Vogel, R., Ament, F. & Naumann, A. (2023). Spatial organisation affects the pathway to precipitation in simulated trade-wind convection. Geophysical Research Letters, 50: e2023GL103579. doi:10.1029/2023GL103579 [publisher-version]
- Radtke, J., Naumann, A., Hagen, M. & Ament, F. (2022). The relationship between precipitation and its spatial pattern in the trades observed during EUREC(4)A. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 148, 1913-1928. doi:10.1002/qj.4284
- Shi, L., Schreck III, C., John, V., Chung, E.-S., Lang, T., Buehler, S. & Soden, B. (2022). Assessing the consistency of satellite-derived upper tropospheric humidity measurements. Atmospheric Measurement Techniques, 15, 6949-6963. doi:10.5194/amt-15-6949-2022 [publisher-version]
- George, G., Stevens, B., Bony, S., Pincus, R., Fairall, C., Schulz, H., Kölling, T., Kalen, Q., Klingebiel, M., Konow, H., Lundry, A., Prange, M. & Radtke, J. (2021). JOANNE: Joint dropsonde Observations of the Atmosphere in tropical North atlaNtic mesoscale Environments. Earth System Science Data, 13, 5253-5272. doi:10.5194/essd-13-5253-2021 [publisher-version]
- Konow, H., Ewald, F., George, G., Jacob, M., Klingebiel, M., Kölling, T., Luebke, A., Mieslinger, T., Pörtge, V., Radtke, J., Schäfer, M., Schulz, H., Vogel, R., Wirth, M., Bony, S., Crewell, S., Ehrlich, A., Forster, L., Giez, A., Gödde, F., Groß, S., Gutleben, M., Hagen, M., Hirsch, L., Jansen, F., Lang, T., Mayer, B., Mech, M., Prange, M., Schnitt, S., Vial, J., Walbröl, A., Wendisch, M., Wolf, K., Zinner, T., Zöger, M., Ament , F. & Stevens, B. (2021). EUREC4A's HALO. Earth System Science Data, 13, 5545-5563. doi:10.5194/essd-13-5545-2021 [publisher-version][supplementary-material]
- Lang, T., Naumann, A., Stevens, B. & Buehler, S. (2021). Tropical free-tropospheric humidity differences and their effect on the clear-sky radiation budget in global strom-resolving models. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 13: e2021MS002514. doi:10.1029/2021MS002514 [publisher-version]
- Stevens, B., Bony, S., Farrell, D., Ament, F., Blyth, A., Fairall, C., Karstensen, J., Quinn, P., Speich, S., Acquistapace, C., Aemisegger, F., Albright, A., Bellenger, H., Bodenschatz, E., Caesar, K.-A., Chewitt-Lucas, R., de Boer, G., Delanoë, J., Denby, L., Ewald, F., Fildier, B., Forde, M., George, G., Gross, S., Hagen, M., Hausold, A., Heywood, K., Hirsch, L., Jacob, M., Jansen, F., Kinne, S., Klocke, D., Kölling, T., Konow, H., Lothon, M., Mohr, W., Naumann, A., Nuijens, L., Olivier, L., Pincus, R., Pöhlker, M., Reverdin, G., Roberts, G., Schnitt, S., Schulz, H., Siebesma, A., Stephan, C., Sullivan, P., Touzé-Peiffer, L., Vial, J., Vogel, R., Zuidema, P., Alexander, N., Alves, L., Arixi, S., Asmath, H., Bagheri, G., Baier , K., Bailey, A., Baranowski, D., Baron, A., Barrau, S., Barrett, P., Batier, F., Behrendt, A., Bendinger, A., Beucher, F., Bigorre, S., Blades, E., Blossey, P., Bock, O., Böing, S., Bosser, P., Bourras, D., Bouruet-Aubertot, P., Bower, K., Branellec, P., Branger, H., Brennek, M., Brewer, A., Brilouet, P.-E., Brügmann, B., Buehler, S., Burke, E., Burton, R., Calmer, R., Canonici, J.-C., Carton, X., Cato, G., Charles, J., Chazette, P., Chen, Y., Chilinski, M., Choularton, T., Chuang, P., Clarke, S., Coe, H., Cornet, C., Coutris, P., Couvreux, F., Crewell, S., Cronin, T., Cui, Z., Cuypers, Y., Daley, A., Damerell, G., Dauhut, T., Deneke, H., Desbios, J.-P., Dörner, S., Donner, S., Douet, V., Drushka, K., Dütsch, M., Ehrlich, A., Emanuel, K., Emmanouilidis, A., Etienne, J.-C., Etienne-Leblanc, S., Faure, G., Feingold, G., Ferrero, L., Fix, A., Flamant, C., Flatau, P., Foltz, G., Forster, L., Furtuna, I., Gadian, A., Galewsky, J., Gallagher, M., Gallimore, P., Gaston, C., Gentemann, C., Geyskens, N., Giez, A., Gollop, J., Gouirand, I., Gourbeyre, C., de Graaf, D., de Groot, G., Grosz, R., Güttler, J., Gutleben, M., Hall, K., Harris, G., Helfer, K., Henze, D., Herbert, C., Holanda, B., Ibanez-Landeta, A., Intrieri, J., Iyer, S., Julien, F., Kalesse, H., Kazil, J., Kellman, A., Kidane, A., Kirchner, U., Klingebiel, M., Körner, M., Kremper, L., Kretzschmar, J., Krüger, O., Kumala, W., Kurz, A., L'Hégaret, P., Labaste, M., Lachlan-Cope, T., Laing, A., Landschützer, P., Lang, T., Lange, D., Lange, I., Laplace, C., Lavik, G., Laxenaire, R., Le Bihan, C., Leandro, M., Lefevre, N., Lena, M., Lenschow, D., Li, Q., Lloyd, G., Los, S., Losi, N., Lovell, O., Luneau, C., Makuch, P., Malinowski, S., Manta, G., Marinou, E., Marsden, N., Masson, S., Maury, N., Mayer, B., Mayers-Als, M., Mazel, C., McGeary, W., McWilliams, J., Mech, M., Mehlmann, M., Meroni, A., Mieslinger, T., Minikin, A., Minnett, P., Möller, G., Morfa Avalos, Y., Muller, C., Musat, I., Napoli, A., Neuberger, A., Noisel, C., Noone, D., Nordsiek, F., Nowak, J., Oswald, L., Parker, D., Peck, C., Person, R., Philippi, M., Plueddemann, A., Pöhlker, C., Pörtge, V., Pöschl, U., Pologne, L., Posyniak, M., Prange, M., Meléndez, E., Radtke, J., Ramage, K., Reimann, J., Renault, L., Reus, K., Reyes, A., Ribbe, J., Ringel, M., Ritschel, M., Rocha, C., Rochetin, N., Röttenbacher, J., Rollo, C., Royer, H., Sadoulet, P., Saffin, L., Sandiford, S., Sandu, I., Schäfer, M., Schemann, V., Schirmacher, I., Schlenczek, O., Schmidt, J., Schröder, M., Schwarzenboeck, A., Sealy, A., Senff, C., Serikov, I., Shohan, S., Siddle, E., Smirnov, A., Späth, F., Spooner, B., Stolla, M., Szkółka, W., de Szoeke, S., Tarot, S., Tetoni, E., Thompson, E., Thomson, J., Tomassini, L., Totems, J., Ubele, A., Villiger, L., von Arx, J., Wagner, T., Walther, A., Webber, B., Wendisch, M., Whitehall, S., Wiltshire, A., Wing, A., Wirth, M., Wiskandt, J., Wolf, K., Worbes, L., Wright, E., Wulfmeyer, V., Young, S., Zhang, C., Zhang, D., Ziemen, F., Zinner, T. & Zöger, M. (2021). EUREC4A. Earth System Science Data, 13, 4067-4119. doi:10.5194/essd-13-4067-2021 [publisher-version]
- Fiedler, S., Crueger, T., D'Agostino, R., Peters, K., Becker, T., Leutwyler, D., Paccini, L., Burdanowitz, J., Buehler, S., Uribe, A., Dauhut, T., Dommenget, D., Fraedrich, K., Jungandreas, L., Maher, N., Naumann, A., Rugenstein, M., Sakradzija, M., Schmidt, H., Sielmann, F., Stephan, C., Timmreck, C., Zhu , X. & Stevens, B. (2020). Simulated tropical precipitation assessed across three major phases of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Monthly Weather Review, 148, 3653-3680. doi:10.1175/MWR-D-19-0404.1 [publisher-version][supplementary-material]
- Naumann, A. & Kiemle, C. (2020). The vertical structure and spatial variability of lower tropospheric water vapor and clouds in the trades. Atmospheric Chemistry and Physics, 20, 6129-6145. doi:10.5194/acp-20-6129-2020 [publisher-version]
- Stevens, B., Acquistapace, C., Hansen, A., Heinze, R., Klinger, C., Klocke, D., Schubotz, W., Windmiller, J., Adamidis, P., Arka, I., Barlakas, V., Biercamp, J., Brueck, M., Brune, S., Buehler, S., Burkhardt, U., Cioni, G., Costa-Surós, M., Crewell, S., Crueger, T., Deneke, H., Friederichs, P., Henken, C., Hohenegger, C., Jacob, M., Jakub, F., Kalthoff, N., Köhler, M., van Laar, T., Li, P., Lohnert, U., Macke, A., Madenach, N., Mayer, B., Nam, C., Naumann, A., Peters, K., Poll, S., Quaas, J., Röber, N., Rochetin, N., Rybka, H., Scheck, L., Schemann, V., Schnitt, S., Seifert, A., Senf, F., Shapkalijevski, M., Simmer, C., Singh, S., Sourdeval, O., Spickermann, D., Strandgren, J., Tessiot, O., Vercauteren, N., Vial, J., Voigt, A. & Zängl, G. (2020). The added value of large-eddy and storm-resolving models for simulating clouds and precipitation. Journal of the Meteorological Society of Japan, 98, 395-435. doi:10.2151/jmsj.2020-021 [publisher-version]
- Stevens, B., Bony, S., Brogniez, H., Hentgen, L., Hohenegger, C., Kiemle, C., L'Ecuyer, T., Naumann, A., Schulz, H., Siebesma, P., Vial , J., Winker, D. & Zuidema, P. (2020). Sugar, gravel, fish, and flowers: Mesoscale cloud patterns in the tradewinds. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146, 141-152. doi:10.1002/qj.3662 [publisher-version][supplementary-material]
- Klingebiel, M., Ghate, V., Naumann, A., Ditas, F., Pöhlker, M., Pöhlker, C., Kandler, K., Konow, H. & Stevens, B. (2019). Remote sensing of sea salt aerosol below trade wind clouds. Journal of the Atmospheric Sciences, 76, 1189-1202. doi:10.1175/JAS-D-18-0139.1 [publisher-version]
- Naumann, A., Stevens, B. & Hohenegger, C. (2019). A moist conceptual model for the boundary layer structure and radiatively driven shallow circulations in the trades. Journal of the Atmospheric Sciences, 76, 1289-1306. doi:10.1175/JAS-D-18-0226.1 [supplementary-material][publisher-version]
- Vial, J., Vogel , R., Bony, S., Stevens, B., Winker, D., Cai, X., Hohenegger, C., Naumann, A. & Brogniez, H. (2019). A new look at the daily cycle of trade wind cumuli. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11, 3148-3166. doi:10.1029/2019MS001746 [supplementary-material][publisher-version]
Kontakt
Dr. Ann Kristin Naumann
Gruppenleiterin
Tel: +49 (0)40 41173-424
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