Allgemeines

Die Hauptforschungsrichtung der Abteilung Theorie und Modellierung ist die Kopplung von Tropo-, Strato- und Mesosphäre. Dieses übergeordnete Thema zielt auf ein Systemverständnis der Erdatmosphäre von der Grenzschicht bis in die untere Thermosphäre. Gegenwärtiger Schwerpunkt ist die Abstrahlung und Brechung von internen Schwerewellen und die damit einhergehende Turbulenz. Darüber hinaus untersucht die Abteilung die Kopplung durch Rossby-Wellen, Gezeiten, Tracer-Transport und Strahlung. Der globalen Zirkulation gilt dabei stets ein besonderes Augenmerk.

Die Kopplung der atmosphärischen Schichten resultiert hauptsächlich aus der vertikalen Ausbreitung von Wellen. Atmosphärische Wellen findet man auf sehr unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen. Die wichtigsten Wellentypen sind Rossby-Wellen, interne Schwerewellen, thermische Gezeiten sowie äquatoriale Wellen. All diese Wellen werden meist in der Troposphäre angeregt, breiten sich vertikal aus, dissipieren in unterschiedlichen Höhengebieten. Sie treiben so die residuelle Zirkulation und führen zu Phänomenen wie stratosphärischen Erwärmungen, der arktischen Oszillation oder der quasi zweijährigen Oszillation. Die Welle- Grundstromwechselwirkung erzeugt insbesondere die kalte Sommermesopause. Man vermutet darüber hinaus eine hohe Abhängigkeit der Mesopausenregion von der Variabilität des Klimas der Troposhpäre. Der durch die residuelle Zirkulation induzierte Spurengastransport und damit einhergehenden chemischen Umwandlungen koppeln zudem zurück auf die Strahlungsbilanz.

Interne Schwerewellen erkennt man an kurzperiodischen Temperatur- und Windschwankungen. Sie brechen und erzeugen Turbulenz. Dieser Prozess wird mithilfe der Methode der optimalen Störungen und direkten numerischen Simulationen systematisch untersucht. Durch die Schwerewellen-Grundstromwechselwirkung wird die obere Sommermesosphäre baroklin instabil. So entstehen in situ planetare Rossby-Wellen. Das Bild über dem Text zeigt die erste explizite globale Simulation beider Wellenphänomene mithilfe des Modells KMCM.

Abteilungsleiter

Prof. Dr. Erich Becker

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Mitarbeiter

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