Die quasi-zweijährige Oszillation in einem sich ändernden Klima (QUBICC)

Projektpartner

Marco Giorgetta, marco.giorgetta@mpimet.mpg.de, +49 40 411 73-358
Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M), Bundesstr. 53, 20144 Hamburg
Ulrich Achatz, achatz@iau.uni-frankfurt.de, +49 69 79840243
Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/Main (GUF), Institut für Atmosphäre und Umwelt, Altenhöferallee 1, 60438 Frankfurt/Main
Manfred Ern, m.ern@fz-juelich.de, +49 2461 61 3532, und
Peter Preusse, p.preusse@fz-juelich.de, +49 2461 61 3532
Forschungszentrum Jülich (FZJ), Institut für Energie- und Klimaforschung: Stratosphäre (IEK-7), Wilhelm-Johnen-Straße, 52425 Jülich
Oliver Reitebuch, oliver.reitebuch@dlr.de, +49 8153 281321
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre, Münchener Straße 20, 82234 Weßling

Projektbeschreibung

Die quasi-zweijährige Oszillation (quasi-biennial oscillation, QBO) ist die dominierende Mode in der Variabilität der tropischen Stratosphäre, mit verschiedenen Einflüssen auf die Troposphäre, die in Oberflächenbeobachtungen in allen Breitenkreisen nachgewiesen worden sind. Durch die sich entwickelnde Klimaänderung und den damit verbundenen Änderungen im tropische Wetter wird eine Änderung der QBO und ihrer Einflüsse auf die Troposphäre erwartet. Art und Ausmaß solcher Änderungen sind bisher aber kaum erforscht.
Das Hauptziel dieses Verbundprojekts besteht daher darin besser zu verstehen wie (1) tropische Schwerewellen und andere tropische Wellen, (2) die QBO, die von diesen Wellen angetrieben wird, und (3) QBO-Signale in der hochreichenden Konvektion auf eine Klimaänderung reagieren werden. Um dies zu erforschen werden konvektionsauflösende Referenzsimulationen der QBO, verbesserte Schwerewellenparametrisierungen, und neue Satellitenbeobachtungen von Wellen und Wind entwickelt und verwendet werden. Die Simulationen werden mit Beobachtungen verglichen werden, und die neue Parametrisierung wird durch die nichtparametrisierte Referenzsimulation kalibriert werden. Die Forschung des Verbundprojekts wird in vier Teilprojekten organisiert:

QBO-Simulationen mit aufgelöster hochreichender Konvektion (MPI-M)

Hier steht die direkte Simulation der QBO mit aufgelöster hochreichender Konvektion und aufgelösten Schwerewellen im Fokus um damit die Schwierigkeiten mit bisherigen Parametrisierungen dieser Prozesse zu überwinden. Zuerst werden die QBO, ihr Antrieb wie auch ihr Signal auf die tropische Konvektion in idealisierten Simulationen auf einem vereinfachten kleinen Wasserplaneten untersucht werden, für aktuelle wie auch für geänderte Klimazustände. Später wird auf Basis eines für die nächste Rechnerarchitektur vorbereiteten Models eine realistische QBO-Simulation auf dem vollen Globus entwickelt und mit Beobachtungen für Wellen und Wind verglichen.

Wechselwirkung der QBO mit Schwerewellen und deren Parametrisierung (GUF)

Da die sehr hoch aufgelöste Simulationen aus Teilprojekt 1 nur über sehr kurze Zeiträume möglich sind, ist es wichtig, Fortschritte in der Schwerewellenparametrisierung für niedriger aufgelöste Modelle zu erzielen. Dafür werden hier niedrige aufgelöste QBO Simulationen mit unterschiedlich aufwändigen Parametrisierungen entwickelt (WP2.1) und an den hochaufgelösten Referenzsimulationen für aktuelle und geänderte Klimabedingungen kalibriert (WP2.2), um damit schließlich längere QBO Simulationen für zukünftige Klimazustände zu ermöglichen (WP2.3).

Klimatologie von tropischen Wellen in Beobachtungen und Reanalysen (FZJ)

Hier werden Schwerewellen in SABER und HIRDLS Satellitenbeobachtungen und in Modellsimulationen und tropische Wellenmoden in SABER und in ECMWF-Reanalysen analysiert und miteinander verglichen, um die Aufteilung der Impulsflüsse zwischen verschiedenen Wellentypen besser zu erfassen. Ziel ist der Vergleich der Impulsbilanzen in Beobachtungen und in Simulationen und damit die Validierung der Modelle. Zusätzlich wird die QBO-Struktur in Aeolus-Beobachtungen analysiert.

Aeolus Winddaten: Aufbereitung und Unterstützung (DLR)

Der neue Aeolus-Satellit wird erstmals globale Windmessungen in der Troposphäre und unteren Stratosphäre durchführen. In diesem Teilprojekt werden die Beobachtungen gesichtet und auf ihre Verwendbarkeit für den Vergleich mit Simulationen und Reanalysen geprüft.