Die Tropopausenregion in einer Atmosphäre im Wandel

Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten, sichtbar gemacht durch Wolken während eines Flugs über einem Warmluft-Förderband während der Kampagne WISE (Wave-driven ISentropic Exchange). Die Wellenstruktur zeigt Mischung an der Tropopause an, wodurch Wasserdampf und Eispartikel umverteilt werden. (Bild: Peter Hoor)

Der Klimawandel ist zweifellos eines der größten drängendsten globalen Probleme und verlässliche Klimaprojektionen sind daher von enormer politischer und sozioökonomischer Bedeutung. Solche Projektionen hängen stark von der richtigen Darstellung des Höhenbereichs zwischen 10 km und 20 km ab, der Tropopausenregion.

Die Erdoberflächentemperatur reagiert höchst sensitiv auf Änderungen in der atmosphärischen Zusammensetzung der Tropopausenregion. Doch selbst das Wissen über die derzeitige Verteilung wesentlicher klimawirksamer Bestandteile wie Wasserdampf, Ozon, Eispartikeln und Aerosolen in der Tropopausenregion ist erstaunlich unvollständig. Auch die mikrophysikalischen, chemischen und dynamischen Prozesse, die diese Bestandteile kontrollieren, sind teilweise unbekannt oder in aktuellen Klimamodellen unzureichend dargestellt. Dies führt zu großen Unsicherheiten in der Berechnung des Strahlungsantriebs.

Die große Komplexität der Tropopausenregion kommt zum einen daher, dass dort Prozesse über viele räumliche Skalen, von der Mikrometerskala bis hin zur planetaren Skala, miteinander gekoppelt sind. Außerdem wirken in der Tropopausenregion Prozesse aus verschiedenen Komponenten des Klimasystems zusammen und tragen durch komplexe Rückkopplungsmechanismen im Bereich der Dynamik, Chemie, Mikrophysik und Strahlung zu Unsicherheiten bei. Diese Komplexität erschwert es, mit Klimamodellen den Einfluss von Prozessen in der Tropopausenregion auf die Erdoberflächentemperatur korrekt wiederzugeben und treffende Zukunftsprojektionen zu errechnen. Daher ist ein synergistischer Ansatz erforderlich, der die Expertise aus verschiedenen Forschungsgebieten vereint, um unser Verständnis dieser höchst bedeutsamen Region zu verbessern.

Im neuen Sonderforschungsbereich “TPChange” werden die Prozesse, die für die Zusammensetzung der Tropopausenregion und ihrer Rolle im Klima relevant sind, identifiziert, analysiert und quantifiziert. Dies wird durch Feldmessungen, Laborstudien, theoretische Ansätze und Multiskalen-Modellierung erreicht. An sieben Standorten (JGU, GU Frankfurt, TU Darmstadt, LMU München, MPI für Chemie Mainz, FZ Jülich, DLR Oberpfaffenhofen) arbeiten Forscherinnen und Forscher zusammen, um grundlegende Fortschritte im Prozessverständnis der Tropopausenregion zu erzielen und ihre Rolle für die atmosphärische Zusammensetzung, Zirkulation und Klimavariabilität zu spezifizieren. Damit wird TPChange dazu beitragen, das fundamentale Verständnis des gegenwärtigen und zukünftigen Klimas zu erweitern und Unsicherheiten zu minimieren.

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