Forschung im HLRN-Verbund 2011

48Klimawandel in der Stratosphäre - wie bestimmt die Stratosphäreunser Klima?Stratospheric Change and its Role for Climate Prediction (SHARP)U. Langematz, S. Meul, S. Oberländer, Institut fürMeteorologie, Freie Universität BerlinKurzgefasst• Der Klimawandel hat nicht nur Auswirkungenauf die Troposphäre sondern auch auf höhereSchichten unserer Erdatmosphäre.• Die DFG-Forschergruppe SHARP untersucht anhandvon Modellsimulationen am HLRN die Folgendes Klimawandels in der Stratosphäre unddie daraus resultierenden Rückwirkungen auftroposphärisches Wetter und Klima.• Ansteigende Treibhausgaskonzentrationen bedingeneine stratosphärische Abkühlung, dieÄnderungen in der Chemie und Dynamik derStratosphäre nach sich ziehen.• Anthropogene Emissionen halogener Quellgase(FCKWs) bewirken einen verstärkten Ozonabbau,der in der Südpolarregion zur Ausbildungdes Ozonlochs führte.Die DFG-Forschergruppe Stratospheric Changeand its Role for Climate Prediction (SHARP)hat zum Ziel, das Verständnis des globalen Klimawandelsund somit die Genauigkeit von Prognosenzukünftiger Klimaänderungen zu verbessern. DerSchwerpunkt von SHARP liegt auf der Identifizierung,Erklärung und Vorhersage von Änderungenin der Stratosphäre, die sich infolge des Klimawandelseinstellen. Zudem wird deren Rückkoppelungauf die Troposphäre und damit auf Wetter und Klimauntersucht. SHARP orientiert sich dabei inhaltlichan den Empfehlungen des SchwerpunktprogrammsStratospheric Processes and their Rolein Climate (SPARC) des Weltklimaforschungsprogramms(WCRP) der WMO. In vier wissenschaftlichenTeilprojekten untersucht SHARP mit dem Klimawandelverbundene Änderungen• der stratosphärischen Meridionalzirkulation(Projekt SHARP-BDC)• der Entwicklung des stratosphärischen Ozons(Projekt SHARP-OCF)• des stratosphärischen Wasserdampfgehalts(Projekt SHARP-WV) und• der Kopplung zwischen Stratosphäre undTroposphäre (Projekt SHARP-STC).SHARP ist ein Gemeinschaftsprojekt von achtdeutschen Forschungseinrichtungen sowie internationalenPartnern und wird an der Freien UniversitätBerlin (FUB) koordiniert. Neben der FUB sinddie Universitäten Bremen, Karlsruhe, Frankfurt undHeidelberg sowie die Max-Planck-Institute für Meteorolgiein Hamburg und für Chemie in Mainz unddas Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt inOberpfaffenhofen beteiligt.Am Institut für Meteorologie der FU Berlinwerden in Zusammenarbeit mit dem HLRN numerischeModellsimulationen mit dem gekoppeltenKlima-Chemie-Modell EMAC-FUB durchgeführt.Dabei handelt es sich um ein globalesAtmosphärenmodell, welches sich vom Erdbodenbis in eine Höhe von rund 80 km erstreckt.Im Rahmen von SHARP werden zurgezielten Untersuchung einzelner KlimaantriebeSensitivitätsstudien in Form von Modellsimulationenüber mehrere Jahre unter gleichbleibendenRandbedingungen realisiert. So werden z.B. dieEinflüsse von Änderungen in den Meeresoberflächentemperaturen,der Treibhausgaskonzentrationenund des stratosphärischen Wasserdampfgehalts,sowie der arktischen Meereisbedeckungauf die Stratosphäre und auf das zukünftige Klimauntersucht. Darüber hinaus soll analysiert werden,wie sich das Klima ohne FCKW-bedingte Ozonabnahmeentwickelt hätte. Erste Ergebnisse werdenim Folgenden kurz vorgestellt.Um Aussagen zu den zeitlichen Änderungender atmosphärischen Dynamik und Chemie im Zugedes Klimawandels treffen zu können, werdenSimulationen unter vorindustriellen Bedingungen(d.h. Mitte des 19. Jahrhunderts) und zukünftigenBedingungen (d.h. Mitte des 21. Jahrhunderts) miteiner Referenz-Simulation für gegenwärtige Bedingungenverglichen. Als Beispiele werden hier dieentsprechenden Änderungen der zonal gemitteltenTemperatur und des räumlichen Gesamtozonfeldeserläutert. Im klimatologischen Mittel nimmtdie Temperatur vom Erdboden bis zur Tropopause(in ca. 10 bis 15 km Höhe) ab und erreichtim Bereich der tropischen Tropopause mit -80°Cdie niedrigsten Werte. In der Stratosphäre steigtdie Temperatur bis auf rund -20°C in 50 km Höhean; in der darüberliegenden Mesosphäre wird eswieder kälter. Die klimatologische Verteilung desTotalozons weist geringe Werte über den Tropenund in der Südpolarregion (Antarktisches Ozonloch)auf. Hohe Werte im Gesamtozonfeld befindensich in hohen Breiten beider Hemisphären,das Maximum im Jahresmittel wird in der Nordpolarregionerreicht. Abbildung 1 (links oben) zeigt,dass die Troposphäre in der Mitte des 19. Jahr-Geowissenschaften