Lead
Wolken bestimmen massgeblich die Entwicklung unseres Klimas. Während warme Wolken in unseren Klimamodellen recht gut simuliert werden, sind kalte Wolken, in denen sich Eis bilden kann, viel komplexer und noch nicht vollständig erforscht. Dieses Projekt zielt auf eine Verbesserung der Eisphase in Wolken ab. Dazu soll eine neue Parametrisierung in das Klimamodell ECHAM-HAM implementiert werden.

Lay summary

Globale Temperaturänderungen werden durch das Zusammenspiel von ein- und ausgehender Strahlung bestimmt. Dazu tragen Wolken massgeblich bei. Sie reflektieren Sonnenlicht und absorbieren und re-emittieren terrestrische Strahlung. Die Wolken spielen auch für den hydrologischen Kreislauf eine wichtige Rolle. In mittleren Breitengraden bildet sich Niederschlag meist in Regionen wo die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt. Um die Entstehung von Niederschlag zu verstehen, müssen wir also die Eisphase in Wolken begreifen.

Analog zum flüssigen Wasser, wird das Eis in unseren Modellen oft in zwei Kategorien unterteilt: Niederschlagsbildender Schnee und kleinere Eiskristalle. Diese einfache Herangehensweise führt jedoch zu Problemen mit den simulierten Niederschlagsraten und der totalen Eismasse. Bei Temperaturen zwischen 0 ºC und -40 ºC können Wassertröpfchen und Eiskristalle gleichzeitig auftreten. Deren Interaktion gestaltet die Eisbildung sehr viel komplizierter als die der Flüssigphase.

Um dieses Problem anzugehen, werden wir das 'Predicted Particle Properties' Schema (Morrison et al. 2014) für das Klimamodell ECHAM-HAM adaptieren. Dieses braucht nur ein Typ Eis mit verschiedenen Eigenschaften. Dadurch lassen sich beobachtbare Strukturen wie Hagel, Schnee oder Graupel reproduzieren ohne auf die unphysikalische Diskretisierung durch fixe Kategorien zurückzugreifen.

Dieses Projekt setzt die Empfehlung des Workshops über die Parametrisierung von Wolken in numerischen Modellen am European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) um, nach der die höchste Priorität die Vereinfachung der Eisphase auf eine einzelne Kategorie haben soll. Durch die Kopplung des verbesserten Modells mit dem Ozean- und Meereseismodell des Max Planck Instituts versprechen wir uns weitere Einsicht in die Reaktion der Wolken auf die globale Erwärmung und die möglicherweise damit einhergehenden Feedbacks von arktischen Wolken und Meereseis.