Meteorologie der Polargebiete
In der Sektion Meteorologie der Polargebiete werden physikalische Vorgänge in der polaren Troposphäre einschließlich der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Eis/Ozean untersucht. Hierzu werden einerseits Modellsimulationen und theoretische Grundlagenuntersuchungen und andererseits Messungen während Expeditionen durchgeführt.Die Arbeiten zielen darauf ab, ein besseres Verständnis der komplexen physikalischen Prozesse im System Atmosphäre - Ozean - Eis zu erlangen und sie modellmäßig nachzubilden. Einige Schwerpunkte unserer Untersuchungen sind die Transporte innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht, Wärme-, Massen- und Impulsaustausch zwischen Atmosphäre und Eis/Ozean, wolkenphysikalische Vorgänge und Strahlungstransfer.
Unsere Arbeiten zur Modellierung der polaren Atmosphäre stützen sich vor allem auf zwei mesoskalige Modelle. Das Grenzschichtmodell METRAS wurde am Institut für Meteorologie in Hamburg konzipiert und von uns in Zusammenarbeit mit den dortigen Mitarbeitern für polare Anwendungen weiterentwickelt. METRAS kann, je nach Anwendungsziel, mit horizontalen Gitterweiten von einigen Metern bis zu mehreren Kilometern betrieben werden. Dies erlaubt die Simulation sowohl einer Luftströmung über einer kleinen Polynya mit zwei Kilometern Durchmesser als auch eines Kaltluftausbruchs, der sich über einige Hundert Kilometer erstreckt. Das Modell kann mit einem am AWI entwickelten dynamischen und thermodynamischen Eismodell gekoppelt werden, so daß die Drift und das Schmelzenbzw. Gefrieren von Eisschollen simulierbar sind.
Das Modell des 'Consortium for Small Scale Modeling' (COSMO), das früher Lokal-Modell (LM) genannt und beim Deutschen Wetterdienstes (DWD) entwickelt worden war, steht uns zur Verfügung. Das COSMO-Modell ist ein operationelles nichthydrostatisches Wettervorhersagemodell und kann mit Maschenweiten zwischen ca. 2 und 50 km betrieben werden. Mit dem COSMO-Modell können Vorgänge in einem Gebiet mit einer Ausdehnung von einigen tausend Kilometern simuliert werden. Das für Wettersituationen in gemäßigten Breiten konzipierte Modell wird für arktische und antarktische Bedingungen eingesetzt und ist ihnen anzupassen. Es werden ausgewählte Wettersituationen in polaren Regionen simuliert und u.a. Kaltluftausbrüche und der hydrologische Zyklus untersucht.
Parallel zu den Modellierungsarbeiten werden theoretische Grundlagenstudien durchgeführt. In engem Zusammenhang mit der oben genannten Forschung werden Messungen während Expeditionen in arktische Regionen durchgeführt. Die Erhebung der Daten ist infolge der logistischen Probleme in polaren regionen eine Herausforderung. Zur Durchführung von Messungen stehen zwei Polarflugzeuge (Polar 2, Polar 5) und das Forschungsschiff Polarstern zur Verfügung. Die mit Geräten zur Messung von Strahlung, Turbulenz und Wolkenpartikeln ausgerüsteten Flugzeuge werden für atmosphärische Messungen überwiegend nordwestlich von Spitzbergen über der Eisrandzone eingesetzt, um u. a. den Einfluss des Meereises auf die bodennahe Luftströmung, atmosphärische Konvektion während Kaltluftausbrüchen über der Eisrandzone zu untersuchen (e.g. SVALEX 2005, ICESAR 2007). Das Schiff Polarstern ist mit einem am Bug ausfahrbaren Mast (TMS) ausgerüstet, an dem Geräte zur Messung atmosphärischer Turbulenz angebracht sind. Dieses Meßsystem wurde mehrfach während Sommer-Campagnen in der zentralen Arktis eingesetzt, um Luftströmungen über Eisrücken und Eisrinnen zu untersuchen.
Die Forschungsarbeiten sind im PACES Programm in Thema 1 workpackages 1 und 3 und die Beiträge zum Betrieb der Neumayer-Station im Thema 6 verankert.