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Kurz und bündig
Im Topic „Die Atmosphäre im globalen Wandel“ konzentrieren Jülicher Forschende sich darauf, den Klimawandel und seine Ursachen besser zu verstehen und vorherzusagen. Sie suchen nach Wegen, die Schutzhülle unserer Erde zu bewahren, die Fieberkurve des Planeten abzuflachen und die Luftqualität zu verbessern.
Herausforderungen
Dürren, Starkregen, Hitzewellen – die Folgen des Klimawandels nehmen zu. Darüber hinaus belasten zahlreiche Luftschadstoffe Mensch und Natur. Dies wirkt sich negativ auf die Gesundheit und Nahrungssicherheit der Menschheit aus. Der Klimawandel dezimiert die Artenvielfalt und bringt die weltweiten Ökosysteme aus der Balance.
Lösungen
Jülicher Forschende wollen verstehen, wie Spurenstoffe die Zusammensetzung der Atmosphäre und das Klima beeinflussen. Sie erforschen die Dynamik und Chemie der Schutzhülle unserer Erde und entwickeln Simulationsmodelle, um die Vorhersagbarkeit von Wetter und Klima zu verbessern.
Hierzu untersuchen sie einerseits die Klimaschadstoffe, welche zum Treibhauseffekt und zu schlechter Luftqualität beitragen, und andererseits die Prozesse, welche für deren chemischen Abbau sorgen: Darunter ist das in der Atmosphärenchemie besonders bedeutsame OH-Radikal, das auch als „Waschmittel“ der Atmosphäre bekannt ist. Zudem erforschen die Jülicher Wissenschaftler:innen die Rolle des Sonnenlichts, das für den photochemischen Ab- und Umbau verschiedenster Kohlenwasserstoffe verantwortlich ist, die aus dem Straßenverkehr, aber auch der Industrie und von Pflanzen stammen.
Dazu führen sie unter anderem Experimente in der Jülicher Atmosphärenkammer SAPHIR durch. Im riesigen Volumen der Kammer lassen sich verschiedenste Luftgemische nahezu natürlich nachbilden. Die Erkenntnisse fließen in chemische Berechnungen und regionale und globale Modelle ein. Daraus leiten die Forschenden dann Prognosen für verschiedene Zukunftsszenarien ab.
Um langfristige Trends zu erkennen, messen die Wissenschaftler:innen im Projekt IAGOS seit über 30 Jahren mit Instrumenten auf Linienflugzeugen kurzlebige Treibhausgase wie Ozon, Wasserdampf und Methan, Spurengase wie Kohlenmonoxid und Stickoxide sowie Feinstaub, Eis und Wolkenteilchen aber auch das langlebige Kohlendioxid. Da insbesondere Wolken und ihr Effekt auf das Klima nicht gut verstanden sind, streben Expert:innen der Universität Köln mit dem Jülich Observatory for Cloud Evolution (JOYCE) ein besseres Verständnis der Wolkenbildung an.
Ein weiterer Schwerpunkt der Jülicher Forschung liegt auf Substanzen wie Wasserdampf, Ozon, Aerosolen und Eiswolken in der oberen Troposphäre und Stratosphäre, wo diese eine besonders hohe Klimawirksamkeit entfalten.
Die großräumigen Windsysteme der Stratosphäre (Zirkulation) beeinflussen den weiträumigen Transport dieser Substanzen. Wetterphänomene wie der Asiatische Sommermonsun besitzen die Kapazität, bodennahe Luftverschmutzung in weiter oben gelegene Luftschichten bis in 18 Kilometern Höhe zu transportieren und dadurch das Klima weltweit zu beeinflussen. Auch die Auswirkungen von Waldbränden und Vulkanausbrüchen werden von Jülicher Forschenden gemessen und berechnet. Die Forschenden erfassen zahlreiche Substanzen mit größtenteils selbst entwickelten innovativen Geräten, um den Einfluss von langlebigen Treibhausgasen oder ozonabbauenden Stoffen auf die chemische Zusammensetzung und die dynamische Struktur der Stratosphäre zu erfassen.
Darüber hinaus spielt die Wechselwirkung der stratosphärischen Windsysteme (Zirkulation) mit den großen Wettersystemen in der Troposphäre eine große Rolle für das regionale Klima und Wettergeschehen. Jülicher Expert:innen untersuchen den Einfluss von Winden und Wellen in der Stratosphäre, die dazu führen können, dass der wetterstabilisierende Polarwirbel innerhalb weniger Tage zusammenbricht. Die Folge können plötzliche Wintereinbrüche in ganz Europa, insbesondere Nord- und Westeuropa sein, verbunden mit Sturm und starkem Schneefall – wie beispielsweise 2018 mit verheerenden Auswirkungen geschehen.
Um die komplexen und teils chaotischen Prozesse in der Atmosphäre zu verstehen, analysieren Jülicher Wissenschaftler:innen ihre Daten mit Hilfe Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen. Neue Jülicher Beobachtungen sowie bislang unbekannte atmosphärische Phänomene und neu entdeckte chemische Reaktionen fließen in die weltweiten Klimamodelle mit ein. Die Ergebnisse aus Theorie und Praxis führen zu besseren Vorhersagen von Wetter, Extremwetterereignissen, Klima und langfristigen Klimatrends. Diese verbesserten Vorhersagen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Anpassungsstrategien. Sie helfen, Gesellschaften besser auf kommende Klimaänderungen vorzubereiten, indem sie genauere Informationen für die Planung von Infrastrukturen, Landwirtschaft und Notfallmaßnahmen bereitstellen. So können Maßnahmen zur Minderung von Risiken effektiver umgesetzt werden, um den Auswirkungen des Klimawandels entgegenzuwirken.
Kontakt
- Institute of Climate and Energy Systems (ICE)
- Stratosphäre (ICE-4)
Raum 3037
Forschungsgruppen
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