Satellitenmessungen und Modelle zur Studie des Klimawandels

START-Projekt Y 103Satellitenmessungen und Modelle zur Studie des Klimawandels Gottfried KIRCHENGAST19.06.1998 Es ist weltweit Anlass zur Besorgnis, dass die natürliche Entwicklung des Klimasystems der Erde in steigendem Ausmaß durch menschliche Aktivitäten beeinflußt wird. Ein zentrales Thema im Rahmen dieses Problems des "globalen Klimawandels" sind Veränderungen der Atmosphäre. Speziell die atmosphärischen Strahlungsprozesse spielen eine entscheidende Rolle im Klimasystem, da sie die thermische Struktur der Atmosphäre, das Temperaturfeld, formen. Ziel des Forschungsprogramms ist es einen Schlüsselbeitrag zum besseren Verständnis der klimatischen Änderungen in der thermischen Struktur der Atmosphäre, verursacht durch natürliche und anthropogene Einflüsse, zu leisten. Schwerpunkt ist hierbei die Verwendung von hochentwickelten Satellitentechniken der Atmosphärenfernerkundung sowie Strahlungs- und Energiebilanzmodellierung mit bisher ungekannter vertikaler Auflösung und Genauigkeit. Nachfolgend sind die speziellen Hauptziele des Programms zusammengefaßt. Weiterentwicklung der Analyse von Daten der sogenannten Radio-Okkultationsmethode (RO) zur Gewinnung qualitativ hochwertiger Temperaturprofile und Vorbereitung einer Langzeit-Temperaturklimatologie. Verwendung der Temperaturklimatologie für die Analyse von bekannten interannualen Variabilitätsphänomenen und evt. noch unbekannten Phänomenen, welche aufgrund der hohen vertikalen Auflösung und Genauigkeit der Radio- Okkultationsdaten entdeckt werden könnten. Vorbereitung einer Langzeitanalyse von Temperaturtrends und Test anhand von realistischen Klimasimulationen. Vorbereitung einer Datenanalyse für das "Infrared Advanced Sounder Interferometer" (IASI) sowohl für die Berechnung von hochqualitativen Temperatur- und Wasserdampfprofilen als auch für die Berechnung von Wolkenparametern. Synergistische Verwendung von IASI- und RO-Daten, speziell für die Gewinnung von Wolkenparametern. Entwicklung eines flexiblen vertikal hochauflösenden Strahlungs- und Energiebilanzmodells für klare und bewölkte Bedingungen. Verwendung dieses Modells für vertikal hochauflösende diagnostische Studien, welche derzeit mit General Circulation Models (GCMs) nicht möglich sind, mit dem Ziel eine Verbesserung der Physik in GCMs in Hinblick auf die Energiebilanz, speziell den Wolkeneinfluß, zu erreichen. Validierung der modellierten Temperaturstruktur mit RO Daten und anderen geeigneten Daten. Verwendung der entwickelten Energiebilanzmodelle zur Untersuchung der Interaktion zwischen Strahlung und dem Wasserdampf der oberen Troposphäre sowie den Wolken. Bewertung der resultierenden Temperaturprofile. Untersuchung der Auswirkung von erhöhten Treibhausgas- und Aerosolkonzentrationen auf den Wasserdampfgehalt der oberen Troposphäre, auf Wolken und auf Temperaturprofile um gegenwärtige Unsicherheiten in der Wasserdampf/Wolken-Rückkopplung auf den geänderten Strahlungshaushalt zu reduzieren. Untersuchung der realistischen Entwicklung von vertikal hochauflösenden Temperatur-profilen durch kombinierte zeitabhängige Analyse des Energiebilanzmodells und der RO- und IASI-Daten (und anderer geeigneten Daten). Vergleich mit GCM Daten und Bewertung von potentiellen Verbesserungen in der GCM Physik. BEITRAG DES FORSCHUNGSPROGRAMMS ZUM FORSCHUNGSGEBIET Wir hoffen einen wesentlichen Beitrag zum Fortschritt in der Klimaforschung, sowohl was (i) Beobachtungen als auch was (ii) Modellierung von Klimaänderungen betrifft, leisten zu können. i. Die Analyse der Temperaturklimatologie, basierend auf Daten von hochentwickelten Satellitenfernerkundungstechniken mit bisher ungekannter Auflösung, Genauigkeit und Langzeitstabilität, besitzt hohes Potential, der Fachwelt ein neuartiges Klimamonitoring-System zu demonstrieren, welches alle derzeitigen Systeme zu übertreffen verspricht. Neben einer Reihe weiterer wertvoller Beiträge (wie der Entwicklung von fortgeschrittenen Datenanalysemethoden) wäre dies ein Schlüsselbeitrag zum besseren Verständnis des anthropogen beeinflussten Klimawandels. (ii) Kombination von vertikal hochauflösenden Satellitenmessungen mit Langzeit-verfügbarkeit und von realistischer vertikal hochauflösender Strahlungs- und Energiebilanz-modellierung ermöglicht es, die Evolution der vertikalen thermischen Atmosphärenstruktur mit noch nicht dagewesener Genauigkeit zu charakterisieren. Ein wichtiger Punkt dabei ist ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen Strahlung und Wolken zu ermöglichen und damit gegenwärtige Unsicherheiten bezüglich der Wolken-Rückkopplung auf den Strahlungshaushalt zu reduzieren. Vorgesehene Beiträge zur besseren Parameterisierung der Energiebilanzphysik in GCMs (insbesondere der Wolkenphysik) würden helfen, die Zuverlässigkeit dieser Modelle im Hinblick auf Klimawandel-Vorhersagen zu verbessern.