Wolken sind ein Gemisch aus Gasen, Partikeln und Hydrometeoren (wässrige Wolkentropfen oder feste Eiskristalle), welches keinesfalls unreaktiv (inert) ist. Im Gegenteil, an/in Wolkentropfen können eine Vielzahl an chemischen Umsetzungen ablaufen. Diese chemischen Multiphasenprozesse in Wolken und Nebel können die chemische Zusammensetzung und damit die physikalischen Eigenschaften troposphärischer Aerosole und der Gasphase auf allen Skalen bis hin zur Globalskala modifizieren. Um ihre Umweltrelevanz zu quantifizieren und deren Wirkung langfristig in gekoppelten Chemietransportmodellen in adäquater Form abzubilden, sind detaillierte und kombinierte Labor-, Feld- und Modellprozessstudien essentiell. Studien haben gezeigt, dass insbesondere Prozessmodelle ein adäquates Hilfsmittel sind, um chemische Prozesse in Wolken mittels komplexer Multiphasenchemiemechanismen detailliert zu untersuchen. Aus diesem Grund werden am TROPOS, in enger Kooperation zwischen den Abteilungen Chemie und Modellierung, komplexe Multiphasenchemiemechanismen (MCM-CAPRAM) und detaillierte Modellsysteme (SPACCIM, COSMO-MUSCAT) entwickelt und angewendet. Die thematische Ausrichtung der Mechanismen und Modellentwicklungen sowie der Prozessstudien zielt insbesondere auf:

  • ein besseres Verständnis der Bildungsmechanismen von sekundären Aerosolbestandteilen sowie der Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen,
  • die Charakterisierung von Wolkeneffekten auf die Zusammensetzung der troposphärischen Gasphase,
  • die Charakterisierung des Einflusses von Wolken auf das troposphärische Oxidationbudget und die Verweilzeit wichtiger Spurenstoffe in der Troposphäre,
  • die Entwicklung reduzierter Mechanismen für regionale Chemie-Transport-Modelle,
  • die Implementierung der Wolkenchemie in gekoppelte Chemie Transport-Modelle (COSMO-MUSCAT) und
  • die Interpretation von Messdaten aus Wolkenexperimenten wie FEBUKO und HCCT-2010 ab.

Der Fokus der gegenwärtigen Forschung im Arbeitsbereich Multiphasenmodellierung des TROPOS liegt insbesondere auf der Weiterentwicklung des Flüssigphasenchemiemechanismus CAPRAM  und der Anwendung im Modell SPACCIM (SPACCIM) sowie der Anwendung reduzierter CAPRAM Versionen im einem regionalen Chemie-Transport-Modell (COSMO-MUSCAT). Detailliertere Informationen und entsprechende Referenzen zu den oben-genannten chemischen Mechanismen und Modellen, sind auf den weiterführenden Links zu finden.