Umweltmodellierung

Der langfristige Plan der Gruppe Umweltmodellierung besteht darin, integrierte Modellierungsansätze zu entwickeln, die Ansätze aus verschiedenen Disziplinen zu kombinieren und gesellschaftlich wichtige Umweltfragen im Zusammenhang mit der menschlichen Entwicklung zu beobachten. Die Gruppe befasst sich mit aktuellen wichtigen Fragen und Problemen, die durch den Klimawandel, das Bevölkerungswachstum, die Verstädterung, die Industrialisierung und intensive landwirtschaftliche Praktiken möglicherweise noch verschärft werden. Ein wichtiger Schwerpunkt ist die Bewertung der Auswirkungen der Urbanisierung auf die regionale und globale Umwelt.

Ein Hauptaugenmerk liegt in der Verbesserung der Vorhersage der regionalen Luftverschmutzung, insbesondere in Asien, Südamerika und Afrika. Die Entwicklung umfassender Instrumente für die Analyse und Vorhersage der Luftqualität kann Entscheidungsträger*innen helfen, wissenschaftlich fundierte Maßnahmen zur Verringerung chemischer Emissionen zu ergreifen, insbesondere in industrialisierten und urbanisierten Regionen. Die Gruppe Umweltmodellierung wird zur Entwicklung solcher integrierten Modellierungssysteme beitragen, die ihre Vorhersagen auf assimilierte Satelliten-beobachtungen (Anfangsbedingungen), aktualisierte Emissionsverzeichnisse, chemische und mikrophysikalische Umwandlungen, verschiedene Transportprozesse und Oberflächenablagerungen stützen.

Die Modelle der nächsten Generation werden die interaktiven Prozesse zwischen Meteorologie, Gasphasenchemie und Aerosol-Mikrophysik berücksichtigen. Der Transport chemischer Spezies über verschiedene Skalen hinweg wird mit globalen Modellen ausgewertet, die über unstrukturierte Gitter und die Fähigkeit zum Zoomen verfügen, um hochauflösende Informationen in bestimmten Regionen zu liefern. Solche Modelle werden in Regionen mit komplexer Topographie, wie den Anden in Südamerika, eingesetzt. Es werden voroperationell Modellierungssysteme für Anwendungen in Asien, Südamerika und Afrika entwickelt. Eine bessere Quantifizierung des Einflusses kleinräumiger Turbulenzen auf die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Schadstoffen, insbesondere in städtischen Gebieten, wo die Emissionen sehr heterogen und die kleinräumige Dynamik sehr komplex ist, wird durchgeführt.

Projekte

AIR-CHANGES

(Luftverschmutzung in China und die unerwünschten Auswirkungen von Minderungsstrategien: Verstehen, warum Ozon als Reaktion auf Strategien zur Verringerung der Luftverschmutzung zunimmt)

Air-Changes ist ein gemeinsames Projekt der Gruppe mit chinesischen Instituten. Ziel dieses Projekts ist es, die Wirksamkeit der Strategien zur Bekämpfung der Luftverschmutzung zu bewerten, die in China seit dem zwölften Fünfjahresplan (FYP) umgesetzt wurden. Insbesondere werden die chemischen, physikalischen und meteorologischen Faktoren beurteilt, die zum beobachteten Ozonanstieg in den am stärksten bevölkerten Regionen Chinas beigetragen haben. Die Studie wird eine synergetische Methodik anwenden, bei der Oberflächen- und Satellitenbeobachtungen von Schadstoffen zusammen mit modernsten regionalen und globalen Modellsimulationen zum Einsatz kommen. Auf der Grundlage wissenschaftlich fundierter Erkenntnisse werden wirksame Ozonminderungsstrategien vorgeschlagen, die auf die besiedelten Gebiete Chinas zugeschnitten sind und auf Szenarien für künftige chemische Emissionen basieren. Dieses Projekt wird von der DFG gefördert. (Guy Brasseur, Jianing Dai)

Klimapolis-Labor

Die Entwicklung nachhaltiger Städte in einem klimafreundlichen Umfeld mit hoher Luftqualität erfordert neue Erkenntnisse in einer interdisziplinären Perspektive. Um diese Fragen zu beantworten, hat die Gruppe Umweltmodellierung des Max-Planck-Instituts für Meteorologie 2018 ein gemeinsames Labor für Stadtklima, Wasser und Luftverschmutzung (Klimapolis-Labor) in Zusammenarbeit mit deutschen und brasilianischen Partnern, darunter das Institut für Astronomie, Geophysik und Atmosphärenwissenschaften der Universität von São Paulo (IAG / USP), eingerichtet. Die Aktivitäten des Klimapolis-Labors werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für einen Zeitraum von fünf Jahren (2017 bis 2022) finanziert. Das Klimapolis-Labor entwickelt ein gemeinsames brasilianisch-deutsches transdisziplinäres Forschungsprogramm, das durch einen nachhaltigen Dialog mit verschiedenen Interessengruppen, Umweltbildung und sozialem Lernen zur Entwicklung umweltresilienter Städte in Brasilien beitragen wird. Das Labor wird sich besonders auf die Beziehung zwischen Klima, Wasser- und Luftverschmutzung und gesellschaftlichen Akteuren konzentrieren und gemeinsam mit Stadtverwaltungen und anderen städtischen Akteuren Ansätze für die Entwicklung nachhaltiger Städte und verbesserter Governance-Strukturen entwerfen. (Guy Brasseur, Diego Arruda)

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PAPILA (Vorhersage der Luftverschmutzung in Lateinamerika und der Karibik)

Das Hauptziel des PAPILA-Projekts besteht darin, ein nachhaltiges Netzwerk von Partnern mit komplementärem Fachwissen aufzubauen, das ein Analyse- und Vorhersagesystem für die Luftqualität mit Downscaling-Fähigkeit für Lateinamerika und die Karibik entwickelt und implementiert sowie die Auswirkungen der Luftverschmutzung (Hintergrund und Spitzenwerte) auf die Gesundheit und die Wirtschaft bewertet. Dieses System wird den Entscheidungsträger*innen helfen, die Luftqualität und die öffentliche Gesundheit zu verbessern und das Auftreten akuter Luftverschmutzungsepisoden, insbesondere in städtischen Gebieten, zu vermeiden. Bei dem von der Umweltgruppe am Max-Planck-Institut für Meteorologie initiierten Projekt geht es ausschließlich um Mobilität und Personalaustausch von Wissenschaftler*innen (Abordnungen) innerhalb des Konsortiums, das im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung 777544 der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) der EU für den Austausch von Forschungs- und Innovationspersonal (RISE) finanziert wird. PAPILA hat neun europäische Partner und neun assoziierte Partner aus Südamerika und den karibischen Ländern und läuft von 2018 bis 2023. (Guy Brasseur, Idir Bouarar)

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Gruppenmitglieder und Publikationen

Name
Email
Position
Telefon
Raum
Wissenschaftler*in
S 02.06
Gruppenleiter*in
S 02.08
Wissenschaftler*in
S 02.16
Stud. Hilfskraft
S 2.07
Wissenschaftler*in
S 02.14
  • Deroubaix, A., Hoelzemann, J., Ynoue, R., Toledo de Almeida Albuquerque, T., Alves, R., de Fatima Andrade, M., Andreão, W., Bouarar, I., de Souza Fernandes Duarte, E., Elbern, H., Franke, P., Lange, A., Lichtig, P., Lugon, L., Martins, L., de Arruda Moreira, G., Pedruzzi, R., Rosario, N. & Brasseur, G. (2024). Intercomparison of air quality models in a megacity: toward an operational ensemble forecasting system for São Paulo. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129: e2022JD038179. doi:10.1029/2022JD038179 [publisher-version]
  • He, C., Kumar, R., Tang, W., Pfister, G., Xu, Y., Qian, Y. & Brasseur, G. (2024). Air pollution interactions with weather and climate extremes: Current knowledge, gaps, and future directions. Current Pollution Reports. doi:10.1007/s40726-024-00296-9
  • Stevens, B., Adami, S., Ali, T., Anzt, H., Aslan, Z., Attinger, S., Bäck, J., Baehr, J., Bauer, P., Bernier, N., Bishop, B., Bockelmann, H., Bony, S., Bouchet, V., Brasseur, G., Bresch, D., Breyer, S., Brunet, G., Buttigieg, P., Cao, J., Castet, C., Cheng, Y., Dey Choudhury, A., Coen, D., Crewell, S., Dabholkar, A., Dai, Q., Doblas-Reyes, F., Durran, D., El Gaidi, A., Ewen, C., Exarchou, E., Eyring, V., Falkinhoff, F., Farrell, D., Forster, P., Frassoni, A., Frauen, C., Fuhrer, O., Gani, S., Gerber, E., Goldfarb, D., Grieger, J., Gruber, N., Hazeleger, W., Herken, R., Hewitt, C., Hoefler, T., Hsu, H.-H., Jacob, D., Jahn, A., Jakob, C., Jung, T., Kadow, C., Kang, I.-S., Kang, S., Kashinath, K., Kleinen-von Königslöw, K., Klocke, D., Kloenne, U., Klöwer, M., Kodama, C., Kollet, S., Kölling, T., Kontkanen, J., Kopp, S., Koran, M., Kulmala, M., Lappalainen, H., Latifi, F., Lawrence, B., Lee, J., Lejeun, Q., Lessig, C., Li, C., Lippert, T., Luterbacher, J., Manninen, P., Marotzke, J., Matsouoka, S., Merchant, C., Messmer, P., Michel, G., Michielsen, K., Miyakawa, T., Müller, J., Munir, R., Narayanasetti, S., Ndiaye, O., Nobre, C., Oberg, A., Oki, R., Özkan-Haller, T., Palmer, T., Posey, S., Prein, A., Primus, O., Pritchard, M., Pullen, J., Putrasahan, D., Quaas, J., Raghavan, K., Ramaswamy, V., Rapp, M., Rauser, F., Reichstein, M., Revi, A., Saluja, S., Satoh, M., Schemann, V., Schemm, S., Schnadt Poberaj, C., Schulthess, T., Senior, C., Shukla, J., Singh, M., Slingo, J., Sobel, A., Solman, S., Spitzer, J., Stammer, D., Stier, P., Stocker, T., Strock, S., Su, H., Taalas, P., Taylor, J., Tegtmeier, S., Teutsch, G., Tompkins, A., Ulbrich, U., Vidale, P.-L., Wu, C.-M., Xu, H., Zaki, N., Zanna, L., Zhou, T. & Ziemen, F. (in press). Earth Virtualization Engines (EVE). Earth System Science Data. doi:10.5194/essd-2023-376
  • Swain, B., Vountas, M., Deroubaix, A., Lelli, L., Ziegler, Y., Jafariserajehlou, S., Gunthe, S., Herber, A., Ritter, C., Bösch, H. & Burrows, J. (2024). Retrieval of aerosol optical depth over the Arctic cryosphere during spring and summer using satellite observations. Atmospheric Measurement Techniques, 17, 359-375. doi:10.5194/amt-17-359-2024 [publisher-version]
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  • Ortega, I., Gaubert, B., Hannigan, J., Brasseur, G., Worden, H., Blumenstock, T., Fu, H., Hase, F., Jeseck, P., Jones, N., Liu, C., Mahieu, E., Morino, I., Murata, I., Notholt, J., Palm, M., Röhling, A., Té, Y., Strong, K., Sun, Y. & Yamanouchi, S. (2023). Anomalies of O3, CO, C2H2, H2CO, and C2H6 detected with multiple ground-based Fourier-transform infrared spectrometers and assessed with model simulation in 2020: COVID-19 lockdowns versus natural variability. Elementa: Science of the Anthropocene, 11: 11. doi:10.1525/elementa.2023.00015 [publisher-version][supplementary-material]
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  • Craig, M., Wohland, J., Stoop, L., Kies, A., Pickering, B., Bloomfield, H., Browell, J., De Felice, M., Dent, C., Deroubaix, A., Frischmuth, F., Gonzalez, P., Grochowicz, A., Gruber, K., Haertel, P., Kittel, M., Kotzur, L., Labuhn, I., Lundquist, J., Pflugradt, N., Van der Wiel, K., Zeyringer, M. & Brayshaw, D. (2022). Overcoming the disconnect between energy system and climate modeling. Joule, 6, 1405-1417. doi:10.1016/j.joule.2022.05.010 [pre-print]
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  • Bouarar, I., Gaubert, B., Brasseur, G., Steinbrecht, W., Doumbia, T., Tilmes, S., Liu, Y., Stavrakou, T., Deroubaix, A., Darras, S., Granier, C., Lacey, F., Mueller, J.-F., Shi, X., Elguindi, N. & Wang, T. (2021). Ozone anomalies in the free troposphere during the COVID-19 pandemic. Geophysical Research Letters, 48: e2021GL094204. doi:10.1029/2021GL094204 [publisher-version][supplementary-material]
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