Kopplung von Transport und Chemie

Die räumliche Verteilung und zeitliche Variabilität strahlungsaktiver Spurenstoffe wie Ozon, Wasserdampf und Kohlendioxid bestimmt die globale Energie- und Strahlungsbilanz. Sie hängt von temperaturabhängigen photochemischen Reaktionen und Transportprozessen ab. Die Untersuchung der vertikalen Kopplung dieser komplexen Wechselwirkungsprozesse ist eine Herausforderung. Die Verbindung zwischen Transport, Strahlung und Chemie der mittleren Atmosphäre werden in diesem Schwerpunkt untersucht.

Methoden

Die Untersuchungen beruhen auf einer Hierarchie von Modellen verschiedener Komplexität: hochauflösende Zirkulationsmodelle (z.B. KMCM), Allgemeine Zirkulationsmodelle mittlerer Auflösung, spezielle Chemie-Transport-Modelle (z.B. CTM-IAP) und lineare Transport-Prozess-Modelle. Zum Vergleich werden international verfügbare Beobachtungen und Assimilationen von Spurengasverteilungen genutzt. Dieses weite Spektrum verschiedener Beobachtungsdaten und Modellversionen ist notwendig, um die komplexe Wechselwirkung zwischen Transport, Strahlung und Chemie zu untersuchen. Es bildet eine solide Grundlage zum Studium langfristiger Änderungen in der mittleren Atmosphäre (siehe auch Langfristige Dynamik). Weiterhin werden neue Methoden zur mathematisch-numerischen Beschreibung des Spurengastransports und der Chemie der Mesosphäre entwickelt.

• Akbas, M., T. Gallouët, A. Gassmann, A. Linke & C. Merdon, 2020: A gradient-robust well-balanced scheme for the compressible isothermal Stokes problem. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. 367: 113069, doi:10.1016/j.cma.2020.113069.
• Becker, E., M. Grygalashvyly & G. R. Sonnemann, 2020: Gravity wave mixing effects on the OH*-layer. Adv. Space Res. 65,  1: 175-188, doi:10.1016/j.asr.2019.09.043.
• Gabriel, A., 2022: Ozone–gravity wave interaction in the upper stratosphere/lower mesosphere. Atmos. Chem. Phys. 22,  16: 10425-10441, doi:10.5194/acp-22-10425-2022.
• Gassmann, A., 2021: Inherent Dissipation of Upwind-Biased Potential Temperature Advection and its Feedback on Model Dynamics. J. Adv. Model. Earth Syst. 13,  3, doi:10.1029/2020ms002384.
• Gassmann, A. & R. Blender, 2019: Entropy Production in Turbulence Parameterizations. Energy Transfers in Atmosphere and Ocean, D. Olbers, and A. Iske, Eds., Springer Nature Switzerland: 225-244, doi:10.1007/978-3-030-05704-6_7
• Grygalashvyly, M., M. Eberhart, J. Hedin, B. Strelnikov, F.-J. Lübken, M. Rapp, S. Löhle, S. Fasoulas, M. Khaplanov, J. Gumbel & E. Vorobeva, 2019: Atmospheric band fitting coefficients derived from a self-consistent rocket-borne experiment. Atmos. Chem. Phys. 19,  2: 1207-1220, doi:10.5194/acp-19-1207-2019.
• Grygalashvyly, M. & G. R. Sonnemann, 2020: Note on consistency between Kalogerakis–Sharma Mechanism (KSM) and two-step mechanism of atmospheric band emission (762 nm). Earth Planets Space 72,  1, doi:10.1186/s40623-020-01321-z.
• Grygalashvyly, M., B. Strelnikov, M. Eberhart, J. Hedin, M. Khaplanov, J. Gumbel, M. Rapp, F.-J. Lübken, S. Löhle & S. Fasoulas, 2021: Nighttime O(1D) and corresponding Atmospheric Band emission (762 nm) derived from rocket-borne experiment. J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 213: 105522, doi:10.1016/j.jastp.2020.105522.
• Grygalashvyly, M., A. I. Pogoreltsev, A. B. Andreyev, S. P. Smyshlyaev & G. R. Sonnemann, 2021: Semi-annual variation of excited hydroxyl emission at mid-latitudes. Ann. Geopys. 39,  1: 255-265, doi:10.5194/angeo-39-255-2021.
• Kulikov, M. Y., A. A. Nechaev, M. V. Belikovich, E. Vorobeva, M. Grygalashvyly, G. R. Sonnemann & A. M. Feigin, 2019: Boundary of nighttime ozone chemical equilibrium in the mesopause region from SABER data: Implications for derivation of atomic oxygen and atomic hydrogen. Geophys. Res. Lett. 46: 997-1004, doi:10.1029/2018GL080364.
• Kulikov, M. Y., M. V. Belikovich, M. Grygalashvyly, G. R. Sonnemann & A. M. Feigin, 2022: Retrieving daytime distributions of O, H, OH, HO2, and chemical heating rate in the mesopause region from satellite observations of ozone and OH* volume emission: The evaluation of the importance of the reaction H + O3 → O2 + OH in the ozone balance. Adv. Space Res. 69,  1: 3362-3373, doi:10.1016/j.asr.2022.02.011.
• Kulikov, M. Y., M. V. Belikovich, M. Grygalashvyly, G. R. Sonnemann & A. M. Feigin, 2022: The revised method for retrieving daytime distributions of atomic oxygen and odd-hydrogens in the mesopause region from satellite observations. Earth Planets Space 74,  1, doi:10.1186/s40623-022-01603-8.
• Sonnemann, G. R. & M. Grygalashvyly, 2020: The slow-down effect in the nighttime mesospheric chemistry of hydrogen radicals. Adv. Space Res. 65,  12: 2800-2807, doi:10.1016/j.asr.2020.03.025.
• Wilms, H., M. Rapp & A. Kirsch, 2019: Reply to Comment on “Nucleation of Mesospheric Cloud Particles: Sensitivities and Limits”. J. Geophys. Res. Atmos. 124: 3167-3172, doi:10.1029/2018JA025876.