Atmosphärische Wolken sind hochgradig instationäre, inhomogene und diskontinuierliche Gebilde, die sich darüber hinaus über mehrere Größenskalen erstrecken können. Starke Kopplungen über diese Skalen hinweg zwischen turbulenter Strömungsdynamik und mikrophysikalischen Prozessen sind integraler Bestandteil bei der Entstehung und Entwicklung von Wolken.

Unser generelles Ziel ist es, ein grundlegendes und quantitatives Verständnis hinsichtlich:

  • der jeweiligen Rollen der Turbulenz und der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln auf wolkenmikrophysikalische Prozesse,
  • der Einflüsse von Entrainment- und Detrainment-Prozessen auf die mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken

zu erhalten. Zum Beispiel möchten wir herausfinden, welche Einflüsse turbulente Temperatur- und Feuchteschwankungen im Vergleich zur Variabilität der Aerosolpartikeleigenschaften (d.h. Zusammensetzung, Morphologie, Größe und/oder Anzahl der Aerosolpartikel) auf die Bildung (Wolkentropfenaktivierung) und Vereisung (Gefrieren von Wolkentropfen) von Wolken haben.

Um diese Wechselwirkungen unter reproduzierbaren, wohldefinierten thermodynamischen (speziell Temperatur und relative Feuchte) Laborbedingungen gezielt untersuchen zu können, wurde am TROPOS der turbulente Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator (LACIS-T) entwickelt. Es handelt sich dabei um einen Feuchtluft-Windkanal in dem die turbulenten Temperatur- und Feuchtefelder präzise kontrolliert werden können. Die experimentellen Untersuchungen an LACIS-T werden durch Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationen mit OpenFoam begleitet. Die Simulationen sind wichtig für die Planung der Experimente sowie für die Interpretation der Ergebnisse. 

Die gewonnen Ergebnisse und Erkenntnisse sind einerseits interessant auf der fundamentalen Prozessebene, werden aber auch helfen die Ergebnisse von in-situ Messungen in atmosphärischen Wolken besser zu interpretieren. Die durchgeführten Untersuchungen werden unser Verständnis bzgl. der Wechselwirkungen zwischen Wolkenmikrophysik und Turbulenz, und damit unser Verständnis von Wolken im Allgemeinen signifikant verbessern. Erste Ergebnisse zum Einfluss der Turbulenz auf die Wolkentropfenaktivierung werden in Kürze zur Veröffentlichung eingereicht.

Der turbulente, Feuchtluft-Windkanal LACIS-T im Wolkenlabor the TROPOS, schematische Skizze des Windkanals: © Schulz und Schulz Architekten GmbH; Ingenieurbüro Mathias Lippold, VDI; TROPOS

Der Windkanal wurde durch die Leibniz-Gemeinschaft im Rahmes des Paktes für Forschung und Innovation gefördert (SAW ProjeKt: SAW-2013-IfT-2).