Fig. 01: Zielregion für die HD(CP)2 Modellierung und Beobachtung im Vergleich zu COSMO-DE Region. Quelle: HD(CP)2 Projektwebseite (http://hdcp2.zmaw.de/).
HD(CP)2
HD(CP)² steht für "High definition of clouds and precipitation for advancing climate prediction". Diese vom BMBF geförderte deutschlandweite Initiative zielt auf ein besseres Verständnis von Wolken- und Niederschlagsprozessen und deren Einflüsse auf Klimaszenarienrechnungen.
Die Repräsentation von Wolken und Niederschlag stellt einen Großteil der Unsicherheit derzeitiger Klimamodelle und deren Vorhersagen dar. Um diese Unsicherheiten zu reduzieren, sollen in HD(CP)² hochauflösende (100 m horizontal, 10-50 m vertikal) Modellsimulationen entwickelt und mit dementsprechend hochaufgelösten Beobachtungen von Wolken- und Niederschlagsprozessen verglichen werden.
Abbildung 1 zeigt die geplante Zielregion für das die HD(CP)²-Modellsimulationen durchgeführt werden sollen. Gleichzeitig ist das einzigartig dichte Netz von Beobachtungs- und Niederschlagsradarstationen dargestellt.
O2 - Full domain
Das Projekt O2 "HD(CP)² Full domain observations" erstellt eine Datenbank mit Beobachtungen von Satelliten und bodengestützten Netzwerken über das gesamte HD(CP)²-Gebiet zur Entwicklung und Evaluierung einerseits des hochaufgelösten Modells und andererseits von Klimamodell-parametrisierungen von Wolken- und Niederschlagsprozessen.
Der Projektkoordinator ist Prof. Johannes Quaas vom Leipziger Institut für Meteorologie (LIM) der Universität Leipzig. Am TROPOS arbeiten Dr. Hartwig Deneke als Projektleiter und Sebastian Bley als Doktorand am HD(CP)² - Teilprojekt O2. Beide sind im Arbeitspaket 1 (Full-domain observations of water vapour and cloud distributions) und 4 (Exploitation of full-domain observations) involviert
Arbeitspaket 1 verfolgt den Zweck, hochauflösende Satellitendaten des Instruments SEVIRI an Bord des geostationären Satelliten Meteosat Second Generation (MSG) für die gesamte Zielregion von HD(CP)² zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren soll ein Datensatz des integrierten Flüssigwasser- sowie Eiswassergehalts von Wolken erstellt werden und mit Daten von CloudSat und MODIS verglichen werden. Das MSG-Retrieval zur Bestimmung von Wolkeneigenschaften bei Tageszeit wird auf die hohe Auflösung des „high resolution visible“ (HRV) Kanals (1x1 km2 in Nadir) erweitert.
In Arbeitspaket 4 werden hochauflösende LES-Modellergebnisse aus der Projektgruppe M2 verwendet um die Limits der Instrumente aus Projekt O2 zu evaluieren. Mit Hilfe einer objekt-basierten Analyse werden die zeitliche Entwicklung von kleinskaligen, konvektiven Wolken sowie ihre Lebenszyklen erforscht. Dabei wird die Veränderung von Wolkeneigenschaften entlang von Luftmassen-Trajektorien berücksichtigt und in einem Lagrange System betrachtet.
WP5 – Strahlungsbilanz - Netzwerk von Strahlungsstation
Ziel der Arbeitsgruppe WP5-O4 ist es eine abgeschlossene Klimareferenz-Datenbank von Wolken und Niederschlag unterschiedlicher zeitlich-räumlicher Skalen zu erzeugen und Werkzeuge für die Datenanalyse zur kritischen Evaluierung von HD(CP)2 Modelsimulationen zu erstellen.
Mehr aktuelle Informationen des Projektstatus können unter folgender URL eingesehen werden: http://hdcp2.zmaw.de/
Pyranometer Netzwerk
Ein Set von 100 kostengünstigen Bodenmess-Stationen (inkl. Pyranometer) wurde entwickelt und in einem Gebiet um Jülich aufgebaut ("JOYCE Super-Site"). Ziel war es die räumliche und zeitliche Variabilität der abwärtsgerichteten Solarstrahlung (0,1s zeitliche Auflösung) zusammen mit der Umgebungstemperatur in 2m Höhe und die relative Feuchte zu erfassen.
Figure 1: A set of 10 X 10 low-cost ground-based pyranometers arranged for inter-comparison at TROPOS, Leipzig. Quelle: Bomidi Lakshmi Madhavan/TROPOS
3D Monte Carlo Strahlungstransport
Die Daten eines Radars, eines Mikrowellenradiometers und einer Wolkenkamera werden zu einer Zeitserie von dreidimensionalen Wolkeneigenschaften zusammengefasst, welche wiederum in einem bereits existierendem 3D-Monte Carlo Strahlungstransportmodel benutzt werden [Macke et al., 1999]. Ziel ist es, die Strahlungsflüsse des Pyranometer-Bodennetzwerkes zu schließen (Abb. 2) und den Effekt der Wolkeninhomogenität auf den Wolkenstrahlungseffekt zu quantifizieren [Scheirer and Macke, 2003].
Die Beobachtungsdaten von Radar und Mikrowellenradiometer, die während der HOPE-Jülich Kampagne im Einsatz waren, werden auf ein gleichmäßiges Gitter interpoliert. Hochaufgelöste Wolkenkamera-Daten werden dazu verwendet um mögliche Kücken in den Radarscans zu extrapolieren und eine 3D Wolkenmorphologie zu erhalten. Dies wird dabei helfen, diejenige Gittergröße zu bestimmen, welche die 3D Struktur von Wolken optimal berücksichtigt.
Zusätzlich werden Daten des hochaufgelösten Wolkenmodels für weitere Wolken-Strahlungs-Schlusssstudien verwendet.
Figure 2: Spatial positioning of pyranometers over Julich during the HOPE campaign (April 02 – July 24, 2013). Quelle: Bomidi Lakshmi Madhavan/TROPOS
Publikationen
- Macke, A., D. L. Mitchell, and L. V. Bremen, 1999: Monte Carlo radiative transfer calculations for inhomogeneous mixed phase clouds. Phys. Chem. Earth, 24B, 237–241.
- Scheirer, R. and A. Macke (2003): Cloud-inhomogeneity and broadband solar fluxes, Journal of Geophysical Research, 108(D19), doi:10.1029/2002JD003321.