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IMK-ASF Arbeitsgruppe “Globale Modellierung” Mitglieder der Gruppe Ole Kirner Wolfgang Kouker

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IMK-ASF Arbeitsgruppe “Globale Modellierung” Mitglieder der Gruppe Ole Kirner Wolfgang Kouker Thomas Reddmann Roland Ruhnke Roland Uhl Michael Wiehle (Sven Gabriel). IMK-ASF Arbeitsgruppe “Globale Modellierung” Wissenschaftliches Interesse

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Presentation Transcript
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IMK-ASF Arbeitsgruppe “Globale Modellierung”

Mitglieder der Gruppe

Ole Kirner Wolfgang Kouker

Thomas Reddmann Roland Ruhnke

Roland Uhl Michael Wiehle

(Sven Gabriel)

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IMK-ASF Arbeitsgruppe “Globale Modellierung”

  • Wissenschaftliches Interesse
  • Spurengasbudgets in der Stratosphäre (z.B. NOy Partitioning, Chloraktivierung und –deaktivierung, Ozonchemie)
  • Variabilitäten und Trends atmosphärischer Spurengase
  • Stratosphären-Troposphärenaustausch (z.B. H2O-Eintrag)
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IMK-ASF Arbeitsgruppe “Globale Modellierung”

Projekte – laufende Arbeiten

PEP – Trends und Variabilitäten langlebiger Spurengase

SCOUT-O3 – Stratosphere-Climate links with Emphasis on the UTLS

CAWSES – Middle Atmosphere NOx variations and solar UV variability

TOPOZ-III-Nachlese: NOy Partitioning

Simulationen stratosphärischer Prozesse mit ECHAM/MESSy

Tropopausenanalyse

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PEP/SCOUT-O3

  • “Vorarbeiten” eines gemeinsamen PEP/SCOUT-Modelllaufes
  • Sensitivitätsstudien zum Einfluss unterschiedlichen Nudgings auf die Verteilung langlebiger Spurengase, da ein reiner CTM-Lauf ein deutlich zu geringes “Alter der Luft” simuliert
  • Einbau eines neuen Photolyseschemas in KASIMA, welches es erlaubt, die Photolyseraten online zu berechnen, so dass eine bessere Kopplung an den aktuellen Zustand der Stratosphäre (Ozon- und Temperaturfeld) möglich ist
noy ppbv 27 09 2002
NOy [ppbv] - 27.09.2002

PEP/SCOUT-O3

Test Online Photolysemodul

KASIMA - Photolyseschema ART

KASIMA - Photolyseschema Fast-J2

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PEP/SCOUT-O3

KASIMA-Simulation von 1989 bis heute

Auflösung: T21 (ca. 5.6° x 5.6°) / 63 Schichten von 7 bis 120 km

Dynamik: Nudging der ERA-40-Daten der Temperatur, Vorticity und Divergenz

Photolysemodul: Fast-J2 => Online-Berechnung der Photolyseraten unter Berücksichtigung des aktuellen Ozon und Temperaturfeldes sowie einer breitenabhängigen Albedo

PSC-Schema: Gleichgewichtsschema für NAT und Eis (mit einer angenommenen 2K Unterkühlung für NAT)

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PEP/SCOUT-O3

KASIMA-Simulation von 1989 bis heute

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PEP/SCOUT-O3

KASIMA-Simulation von 1989 bis heute

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PEP/SCOUT-O3

KASIMA-Simulation von 1989 bis heute

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CAWSES

KASIMA-Simulationen des Solaren Sturms 2003

Setup A:

Daten-Assimilation der verfügbaren MIPAS-ENVISAT NOx-Daten auf 8 ausgewählten Druckleveln zwischen ca. 30 und 55 km

=> Untersuchung des Einflusses der kurzzeitigen Störung durch erhöhtes NOx

Setup B:

Überschreiben der KASIMA-NOx-Werte mit zonalem Mittel der MIPAS-ENVISAT-NOx für |lat| > 50° and z > 40 km

=> Untersuchung der Unterschiede zu einem ungestörtem Modelllauf während des arktischen Winters

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CAWSES

KASIMA-Simulationen des Solar Storm 2003 – Setup A

MIPAS-ENVISAT - NOx KASIMA-DA-NOx

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CAWSES

MIPAS-ENVISAT-O3-Änderung KASIMA-DA-O3-Änderung

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CAWSES

MIPAS-ENVISAT-HOCl-Änderung KASIMA-DA-HOCl-Änderung

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CAWSES

MIPAS-ENVISAT-ClONO2-Änderung KASIMA-DA-ClONO2-Änderung

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CAWSES

MIPAS-ENVISAT-HNO3-Änderung KASIMA-DA-HNO3-Änderung

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CAWSES

KASIMA-Simulationen des Solar Storm 2003 – Setup B

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CAWSES

KASIMA-Simulationen des Solar Storm 2003 – Setup B

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CAWSES

KASIMA-Simulationen des Solar Storm 2003 – Setup B

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TOPOZ-III-Nachlese

CH4 O3 HNO3

Im Rahmen von TOPOZ-III wurden untersucht:

Antarktischer Vortex Split 2002 und arktischer Winter 2002/2003

Die CTM wurden jeweils identisch initialisiert und mit operationellen ECMWF-Analysen angetrieben.

Unterschiede ergeben sich aufgrund der Modellarchitektur, der unterschiedlichen Photolyseraten und mikrophysikalischen Parametrisierungen

CLaMS

KASIMA

REPROBUS

SLIMCAT

MIPAS-E

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ECHAM/MESSy

ECHAM/MESSy-Simulationen

Im Emissionsmodul OFFLEM werden Randbedingungen für CO, CH4, NOx-aircraft, NO2, DMS vorgegeben

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ECHAM/MESSy

Ozongesamtsäulen

Am 1.9. bzw. 1.10.

ECHAM/MESSy

TOMS

erste ergebnisse und ausblick echam messy
Zu hohe Ozonwerte im antarktischen Frühling beruhen vermutlich auf einen zu gestörten Polarwirbel und einen zu geringen Abwärtstransport (ClOx wird zu wenig nach unten transportiert).

-> Durchführung einer mit ECMWF-Analysen genudgten Modelllauf mit dem Ziel den antarktischen Polarwirbel besser zu simulieren.

Die zu hohen NOy-Werte könnten mit einer falschen Parametrisierung der NO-Photolyse zusammenhängen.

-> Fehleranalyse und evtl. Verbesserungen.

-> Anpassung der Initialisierungen und Bodenemissionen zur Erstellung einer langjährigen Simulation.

Erste Ergebnisse und Ausblick ECHAM/MESSy

ECHAM/MESSy

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SCOUT-O3

Untersuchung des H2O-Eintrages in die Stratosphäre

Links: HALOE

Rechts: KASIMA

Dargestellt ist für HALOE die Größe

H2O* = H2O – 2x(CH4trop(t) – CH4)

Und für KASIMA ein H2O-Tracer, der in seinem maximalen Wert vom Gleichgewichtsdampfdruck des H2O über Eis limitiert wird.

stratosph ren troposh renaustausch evaluierung des nudging terms
Stratosphären-TroposhärenaustauschEvaluierung des Nudging-Terms

Tropopausenanalyse

  • Grund:
  • Zur Berechnung des STE wird die Netto-Erwärmungsrate benötigt
  • Verwendete physikalische Parametrisierung ist für Tropopausenbereich nicht mehr gültig
  • Methode:
  • Das Nudging ist eine Netto-Erwärmungsrate und wird so diagnostiziert
  • Diagnosen sind jeweils ein 5 Tagesmittel für NH Winter
evaluierung des nudging terms der ist zustand
Evaluierung des Nudging-Terms – Der Ist-Zustand

Tropopausenanalyse

Die Netto-Erwärmungsrate ist ein Abbild der vertikalen Gitterstruktur des Modells, was physikalisch nicht sinnvoll ist.

Farbskala von -20 (blau) bis + 20 (rot) Kelvin pro Tag

evaluierung des nudging terms der zwischen zustand
Evaluierung des Nudging-Terms – Der Zwischen-Zustand

Tropopausenanalyse

Modifikationen in der vertikalen Filterung der genudgten Daten führen zu einem Verschwinden des Abbildes der vertikalen Modellgitterstruktur, erzeugt aber physikalisch unsinnige Netto-Erwärmungsraten

Farbskala von -20 (blau) bis + 20 (rot) Kelvin pro Tag

evaluierung des nudging terms der soll zustand
Evaluierung des Nudging-Terms – Der Soll-Zustand

Tropopausenanalyse

Abschalten der vertikalen Filterung führen zu physikalisch „vernünftigen“ Netto-Erwärmungsraten

Farbskala von -20 (blau) bis + 20 (rot) Kelvin pro Tag

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Jede Lösung eines Problems ist ein neues Problem.Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832), dt. Dichter

Es gibt immer eine Lösung. Es ist nicht unbedingt die richtige, aber irgendeinen Einfall hat man immer.Roman Polanski (*1933), poln. Filmregisseur u. Schauspieler

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Nicht vergessen:

Wählen gehen

Damit wir nächste Woche sagen können:

Habemus BLA

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