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Entrainment von Aerosolen und ihre Aktivierung in flachen Kumuluswolken -- Grobstruktursimulationen mit einem eingebetteten Lagrangeschen Partikelmodell

Leitung:Siegfried Raasch
Bearbeitung:Fabian Hoffmann
Laufzeit:2014-2017
Förderung durch:DFG

Flache Kumulus-Bewölkung beeinflusst das Klima, z.B. durch die Reflexion extraterrestrischer, kurzwelliger Strahlung (Albedo). Dieser Einfluss wird durch die Anzahl und spektrale Verteilung der Tropfen, also auch durch die in der Atmosphäre vorhandenen Aerosole bestimmt. Jedoch können nur aktivierte Aerosole als Kondensationskeim für Wolkentropfen dienen. Primäre Aktivierung von Aerosolen geschieht an der Wolkenbasis, wo durch die adiabatische Abkühlung in aufsteigenden Luftpaketen eine zur Aktivierung ausreichende Übersättigungen erzeugt wird. Allerdings werden Aerosole auch oberhalb der Wolkenbasis aktiviert (sekundäre Aktivierung), wofür zwei Erklärungen existieren: (i) die Aktivierung sehr kleiner Aerosole, für die die Übersättigung an der Wolkenbasis nicht ausreicht, und (ii) die Aktivierung von Aerosolen, die durch laterales Entrainment in die Wolke gemischt und dort aktiviert werden. Das grundlegende Ziel dieses Projektes ist die Verbesserung unseres Verständnis derjenigen Prozesse, die zur Aktivierung von Aerosolen führen. Dieses Ziel soll durch die Anwendung von Large-Eddy Simulationen (LES) und einem Lagrangeschen Partikelmodell (LPM) für die Parametrisierung der Wolkenphysik erreicht werden. Dazu wird eine bestimmte Anzahl realer Wolkentropfen/Aerosole gleicher Eigenschaft durch einzelne Lagrangesche Partikel (sogenannte Supertropfen) repräsentiert. Diese Lagrangesche Perspektive der Wolkenphysik erlaubt es uns, einzelne Tropfen/Aerosole zu verfolgen und so direkte Entrainment-Raten zu berechnen. Dies ist nötig, um den Beitrag der einzelnen Prozesse die zur Aktivierung von Aerosolen führen können, und die damit die Anzahl und spektrale Verteilung der Wolkentropfen bestimmen, zu quantifizieren. Diese Prozesse sollen im Lebenszyklus einzelner Wolken, in einem Wolken-Ensemble (d.h. in Abhängigkeit von morphologischen Eigenschaften wie der Wolkenhöhe) und in Abhängigkeit von verschiedenen Aerosol-Konzentrationen untersucht werden.

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