Das Hamburger Aerosolmodul (HAM) und der Atmosphärenchemie-Code MOZART (MOZ) liefern eine detaillierte Darstellung der troposphärisch-stratosphärischen Chemie und umfassen modernste Parametrisierungen von Aerosolen, die entweder ein modales (M7) oder ein Bin-Schema (SALSA) verwenden. Gekoppelt an das allgemeine atmosphärische Zirkulationsmodell ECHAM bilden sie das Aerosol-Chemie-Klimamodell ECHAM-HAMMOZ. Darüber hinaus gibt es eine gekoppelte Version mit dem Erdsystemmodell MPI-ESM; die Kopplung mit dem neuen Atmosphärenklimamodell ICON-A konnte kürzlich realisiert und in einer ersten Evaluierungsstudie getestet werden.
Das Aerosolmodell HAM berechnet die Ausbreitung und Entwicklung der Massen- und Anzahlkonzentrationen eines Aerosolgemisches unter Berücksichtigung der Spezies Sulfat, schwarzer Kohlenstoff (BC), organischer Kohlenstoff (OC), Meersalz und Mineralstaub. Die Aerosoloptische Dicke, die aus den simulierten Aerosolverteilungen berechnet wird, ist für einige Modellkonfigurationen in Abb. 2 dargestellt.
Abb. 2: Vergleich der durchschnittlichen jährlichen optischen Aerosoldicke (AOT) aus Messungen des MODIS-Aqua-Satelliteninstruments (a) und aus unterschiedlichen Modellstudien für das Jahr 2007 (aus: Tegen et al., 2019, https://doi.org/10.5194/gmd-12-1643-2019).
Die Auswirkungen der Aerosole auf Wolken und Strahlung werden in dem gekoppelten Modell ECHAM-HAM prognostisch berechnet (e.g. Abb. 3).
Abb. 3: Mehrjähriger mittlerer direkter Aerosolstrahlungseffekt (DRE) an der Atmosphärenobergrenze von BC für den Zeitraum 2005-2009, für den Effekt des atmosphärischen BC (a), den Effekt auf Schneealbedo (b) und der kombinierte Effekt (c). Aus Schacht et al (2019), https://doi.org/10.5194/acp-19-11159-2019
Die Standardversion von HAM beschreibt das Aerosolgrößenspektrum durch das modale M7-Aerosolmodell, das eine Überlagerung von sieben lognormalen Modi simuliert: Nukleationsmodus, löslicher (gemischter) und unlöslicher Aitken-, Akkumulations- und Grobmodus. Es wird angenommen, dass jede Aerosolform intern gemischt ist, so dass einzelne Partikel in einer Form aus verschiedenen Arten bestehen können. Unlösliche Partikel können durch Kondensation von löslichen Substanzen und durch Kollisionen mit gemischten Partikeln gemischt (löslich) werden. Das HAM2.3-Emissionsmodul für primäre Aerosolpartikel und Gasphasenverbindungen ist so konzipiert, dass die Emissionen für einzelne Sektoren wie die industrielle oder häusliche Nutzung fossiler Brennstoffe auf benutzerfreundliche Weise angegeben werden können.
Die wissenschaftliche und technische Entwicklung erfolgt im Rahmen eines Konsortiums in Zusammenarbeit mit Partnern aus mehreren europäischen Universitäten und Forschungsinstituten. Nachdem die HAMMOZ Entwicklung viele Jahre an der ETH Zürich koordiniert wurde, ist diese Aufgabe nun von TROPOS übernommen worden. Der Modellcode unterliegt einer Versionskontrolle und wird gepflegt. TROPOS ist für Benutzerbetreuung und die Verwaltung der ICON-HAM Eingangsdaten zuständig. HAMMOZ-Benutzern stehen eine ausführliche technische und wissenschaftliche Dokumentation, Skripte und Eingabedatensätze zur Verfügung. ECHAM-HAMMOZ wurde auf verschiedene HPC-Plattformen portiert (z.B. DKRZ: Mistral, FZJ/FSC: Jureca), wo es sich als leistungsfähig und gut skalierbar erwiesen hat. In wissenschaftlicher Hinsicht belegen die Teilnahme an internationalen Modellvergleichsinitiativen (AerChemMIP, AeroCom) und mehr als 90 Zeitschriftenartikel in den letzten 15 Jahren eindrucksvoll den Erfolg von HAMMOZ.