Auswirkung von Aerosolen auf die atmosphärische Dynamik

Ein zentraler Schwerpunkt der Abteilung Modellierung ist die Untersuchung des Einflusses der atmosphärischen Verteilung und der optischen Eigenschaften von absorbierenden Aerosolpartikeln (Saharastaub und kohlenstoffhaltiges Aerosol) auf den Strahlungshaushalt und die Atmosphärendynamik in Europa, Nordafrika sowie über dem tropischen Nordatlantik. Simulationen der Emission und des Transports von Aerosolen werden mit dem regionalen Transportmodell COSMO-MUSCAT durchgeführt. Das Modell erlaubt die Online-Kopplung zwischen simulierter Aerosolverteilung und der Berechnung lang- und kurzwelliger Strahlungsflüsse und der Modelldynamik. Dadurch kann der Einfluss der Aerosolpartikel über die Modifikation des Strahlungshaushalts auf die Prognose von Temperatur- und Strömungsfeldern sowie die Wolkendynamik untersucht werden.

An einem Beispiel soll der direkte Strahlungseffekt von Saharastaub und Biomassenverbrennungsaerosol (überwiegend Ruß) sowie die Auswirkung auf die Atmosphärendynamik für eine 14-tägige Fallstudie während des zweiten Feldexperiments von SAMUM (Saharan Mineral Dust Experiment) auf den Kapverden 2008 gezeigt werden. Für die Simulation von Staub und Biomassenverbrennungsaerosol wurde COSMO-MUSCAT genutzt. Die optischen Eigenschaften des Saharastaubes wurden entsprechend der Ergebnisse des SAMUM-Feldexperiments in Marokko 2006 gewählt. Für das Biomassenverbrennungsaerosol wurden starke Absorptionseigenschaften angenommen, wie sie für frisch emittierte Rußpartikel von afrikanischen Savannenbränden typisch sind. Staub und Ruß beeinflussen die Atmosphärendynamik über Änderungen der Strahlungserwärmungsraten. Die damit verbundenen Druckstörungen verändern die lokalen und synoptisch-skaligen Strömungsmuster. Als Folge davon zeigen die Simulationen mit dem Strahlungsrückkopplung eine verstärkte Hadley-Zirkulation sowie Konvergenzzonen entlang der Westafrikanischen (Guinea-) Küste. Die Rauchpartikel breiten sich mehr als 5° weiter nach Norden aus, und der Transport in Richtung Äquator ist im Vergleich zum Modelllauf ohne strahlungsaktive Aerosolpartikel abgeschwächt. Innerhalb der Konvergenzzonen werden Saharastaub und Biomassenverbrennungsmaterial effektiver zu den Kapverden transportiert. Berücksichtigt man die Modellunsicherheiten, gibt es lokal eine größere Übereinstimmung zwischen modellierter und beobachteter Aerosolverteilung, wenn in die Simulation mit Strahlungsrückkopplung gerechnet wird. Mehr Informationen in Heinold et al., (2011).

Referenz

Heinold et al. 2011 Heinold, B., I. Tegen, S. Bauer, and M. Wendisch (2011), Regional modelling of Saharan dust and biomass burning smoke Part 2: Direct radiative forcing and atmospheric, Tellus B, 63(4 (Special Issue)), 800-813, doi: 10.1111/j.1600-0889.2011.00574.x.