Wellengetriebener isentroper Austausch                                     

                                   

Missionszeitraum: August - Oktober 2017                                         aktuelles                                              

Missionsleiter  

Leitende Institutionen                

  • Forschungszentrum Jülich
  • Johannes Gutenberg-Universität Mainz


Teilnehmende Institute

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Oberpfaffenhofen
  • Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main
  • Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
  • Bergische Universität Wuppertal
  • PTB Braunschweig

                                                                                                               

Änderungen der Verteilung von Spurenstoffen wie Wasserdampf und Ozon sowie die Verteilung von Zirruspartikeln in der unteren Stratosphäre / oberen Troposphäre (UTLS) haben einen großen Einfluss auf den Strahlungsantrieb der Atmosphäre. Unsicherheiten in der Beschreibung von Mischungsprozessen führen zu großen Unsicherheiten der Abschätzung des Strahlungsantriebs und sind deshalb von großer Bedeutung für die Quantifizierung des Klimawandels.

Deshalb ist eine genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Prozesse (z.B. Austauschprozesse von Luftmassen, Zirrusbildung) notwendig, die die Zusammensetzung der UTLS bestimmen: Die sogenannte 'overworld' oberhalb von Theta=380K beeinflusst unmittelbar die Zusammensetzung der extratropischen Stratosphäre im Sommer durch Luftmassen, die aus der Region der asiatischen Monsunzirkulation stammen. Brechende planetare Wellen transportieren monsun-beeinflusste Luftmassen in höhere Breiten, wo sie zum dortigen Wasserdampf- und Spurenstoffbudget beitragen. Die untere Grenze der UTLS, die extratropische Tropopausenschicht (ExTL), wird durch schnellen und effizienten bidirektionalen (quasi-isentropen) Austausch mit der Troposphäre gekennzeichnet.

Die obere Grenze der ExTL korrespondiert mit der Lage der Tropopausen-Inversionsschicht (TIL), die eine Region erhöhter statischer Stabilität oberhalb der Tropopause darstellt. Der Einfluss infrarotaktiver Tracer wie Wasserdampf oder Ozon auf die Temperaturstruktur macht die TIL zu einem sensitiven Indikator für Änderungen des Wasserdampf- oder Ozongehaltes oder auch Änderungen der Tropopausentemperatur. Diese wirkt auf den Wasserdampfgehalt, der wiederum die statische Stabilität beeinflusst.

WISE untersucht den Zusammenhang zwischen Zusammensetzung und der dynamischen Struktur der UTLS innerhalb der folgenden vier Hauptthemen:

  • Zusammenhang zwischen TIL und Spurengasverteilung in der unteren Stratosphäre
  • Wellenbrechung von planetaren Wellen und Wasserdampftransport in die extratropische untere Stratosphäre
  • Halogenierte Substanzen und deren Effekt auf Ozon in der UTLS
  • Nichtsichtbare Zirruspartikel und deren Effekt auf die UTLS












Figure 1: Schematic of the UTLS. Major UTLS features are the extra-tropical transition layer (ExTL) and the Tropopause Inversion Layer (TIL). The lowermost stratosphere (LMS) is the region in the extra-tropical stratosphere that is directly connected with the troposphere by isentropic surfaces. Wind contours (solid black lines 10ms − 1 interval), potential temperature surfaces (dashed black lines), thermal tropopause (red dots) and potential vorticity surface (2PVU: light blue solid line) represent data from a cross section along 60 ◦ longitude on February 15, 2006 (adapted from Gettelman et al., 2011)

 

Bei WISE werden diese Themen mit einer neuartigen Nutzlast untersucht, die 2D- und 3D-Messungen von Spurenstoffen und Temperatur, Dropsondendaten und hochaufgelöste in-situ Spurengasmessungen vereint. Eine einzigartige Kombination von Limb- und Nadirmessungen wird verwendet, um die Eigenschaften optisch dünner Zirren in der UTLS Region zu untersuchen. Hochpräzise in-situ Daten erlauben detaillierte Untersuchungen zu Mischungsprozessen mit hoher Auflösung sowie Zeitskalen und Altersbestimmung der Luft. WISE wird im September / Oktober stattfinden, und daher unmittelbar den Einfluss des sich auflösenden Monsuns auf die extratropische UTLS vermessen. Durch die Kombination mit Lagrange'schen und prozessorientierten Modellen wird der relative Beitrag verschiedener Quellregionen als auch Transportzeitskalen und Prozesse quantifiziert.


Weitere Informationen zu WISE

 

Atmospheric and Earth System Research with the Research Aircraft HALO                                                                                

High Altitude and Long Range Research Aircraft (HALO)