Die Stratosphäre im globalen Wandel

Das Institut ICE-4 erforscht die Dynamik und Chemie der Stratosphäre, entwickelt Instrumente und führt globale Beobachtungen und Chemie-Klima-Modellsimulationen durch.
Unsere Aufgabe besteht darin, die Vorhersagbarkeit von Klima und Wetter durch die Untersuchung atmosphärischer Prozesse zu verbessern, die die Variabilität und Veränderung der Zirkulation und Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen, wobei der Schwerpunkt auf der Kopplung zwischen Stratosphäre und Troposphäre liegt.

Unsere aktuelle Forschung konzentriert sich auf die folgenden verwandten Themen:

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Wasserdampfvariabilität und Trends

Wasserdampf stellt die wichtigste Strahlungsrückkopplung als Reaktion auf anthropogene Treibhausgasänderungen dar. Wir liefern die weltweit größte Flugzeugklimatologie von Wasserdampf und Eiswolken in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre.

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Treibhausgase und ozonabbauende Stoffe

Langlebige Treibhausgase und ozonabbauende Stoffe haben einen erheblichen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung und die dynamische Struktur der Stratosphäre. Wir messen mehr als 30 wichtige Substanzen mit der neuen Air-Core-Technik, die im Rahmen des Miniballonprogramms fliegt.

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Einfluss von Wasserstoff auf Atmosphäre und Klima

Durch den Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger gewinnt Wasserstoff (H2) immer größere Bedeutung. Bei der energetischen Nutzung von H2 entsteht nur Wasser, jedoch sind bei der großskaligen Nutzung von Wasserstoff Leckagen nicht vermeidbar. Wir untersuchen deren Einfluss auf Atmosphäre und Klima.

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Variabilität und Trends der stratosphärischen Zirkulation

Die globale Stratosphärenzirkulation, die so genannte Brewer-Dobson-Zirkulation (BDC), steuert den Transport von Spurengasen (z. B. Ozon, Wasserdampf - Link zu „Wasserdampf“), die ihrerseits das Klima durch Strahlungseffekte beeinflussen können. Außerdem können Schwankungen in der Stratosphärenzirkulation das regionale Klima und die Wettermuster beeinflussen.

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Wellen, Winde und Zirkulation

Brechende Wellen sind der Hauptantrieb der Zirkulation in der mittleren Atmosphäre. Wir untersuchen verschiedene Wellentypen in Flugzeug-, Satelliten- und Modelldaten und ziehen eine Gesamtbilanz des Wellenantriebs.

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Asiatischer Sommermonsun beeinflusst das Klima weltweit

Der asiatische Sommermonsun transportiert bodennahe Luftverschmutzung in die obere Troposphäre und untere Stratosphäre und beeinflusst dadurch das Klima weltweit. Wir untersuchen die globalen Auswirkungen des asiatischen Sommermonsuns, indem wir innovative Flugzeug- und Satellitenbeobachtungen mit prozessorientierten Modellsimulationen kombinieren.

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Waldbrände, Vulkanausbrüche und Klimaeingriffe

Aerosole in der Stratosphäre spielen eine entscheidende Rolle im Klimasystem der Erde, indem sie Sonnenstrahlung streuen und somit direkte Auswirkungen auf die globalen Temperaturen haben. Verschiedene Ereignisse wie Vulkanausbrüche, extreme Waldbrände und künstliches Solar-Geoengineering können die Konzentration von Aerosolen in der Stratosphäre erheblich erhöhen.

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Synergetische Nutzung von Instrumenten und Modellen

Wir entwickeln neuartige Instrumente für Forschungsballons und -flugzeuge (z.B. HALO) sowie Minisatelliten und tragen zur Entwicklung von ESA-Erdbeobachtungsmissionen bei (z.B. CAIRT). Die Datenanalyse ist eng mit prozessorientierten Simulationen (CLaMS) und der Modellierung von Erdsystemen verbunden.

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Datenwissenschaft und Forschungsdatenmanagement

Big Data und Methoden der künstlichen Intelligenz werden immer wichtiger und erfordern Spitzentechnologien wie Exa-Scale-Computing, robuste Dateninfrastrukturen und interdisziplinäre Expertise. Wir bringen die Atmosphärenforschung durch die strategische Anwendung von Datenwissenschaft und Forschungsdatenmanagement voran.

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