Staub und Wetter im Mittelmeerraum
Moderne Fortschritte in der Atmosphärenstaubmodellierung haben die Erforschung der Auswirkungen von Staub auf Strahlung und atmosphärische Prozesse gestattet. Zu diesem Zweck können Satellitenplattformen wie beispielsweise MODIS, EP-TOMS und OMI sowie Bodenüberwachungsnetzwerke, die topmoderne Messungen mit hoher Genauigkeit liefern, in Verbindung mit Modellen genutzt werden, um unseren Wissensstand in Bezug auf die Dynamik zwischen Staub und Atmosphäre zu verbessern. Die von der EU finanzierte Initiative MDRAF (Effects of Mediterranean desert dust outbreaks on radiation, atmospheric dynamics and forecasting accuracy of a numerical mesoscale model) arbeitete an der Beschreibung der dreidimensionalen Struktur von Wüstenstaubausbrüchen in der Mittelmeerregion durch eine synergistische Umsetzung von passiven und aktiven Satellitenabrufen sowie über die Untersuchung von deren Auswirkungen auf Strahlung und Atmosphärendynamik mittels Modellierung von Staub und Atmosphäre. Die Wüstenstaubausbrüche, welche im Zeitraum 2000 bis 2003 das Mittelmeerbecken in seine Umgebung betrafen, wurden durch einen objektiven und dynamischen Satellitenalgorithmus ermittelt, während zu deren Beschreibung in der Vertikalen Satelliten-LIDAR-Profile (Fernerkundungslasertechnologie) eingesetzt wurden. Die Zuverlässigkeit des Satellitenalgorithmus wurde durch die Bewertung seiner Ausgangsergebnisse im Vergleich zu den AERONET-Bodenabrufen und Oberflächen-PM10-Konzentrationen bestätigt. Aus gemittelten geografischen Langzeitverteilungen fanden die Forscher heraus, dass die Häufigkeit von Wüstenstaubepisoden von Süden nach Norden abnimmt. Im westlichen Mittelmeerraum finden starke Wüstenstaubepisoden häufiger statt (10 Episoden pro Jahr), während die extremen häufiger in den zentralen Teilen auftreten (3,3 Episoden jährlich). Was die Intensität betrifft, die in den zentralen und östlichen Teilen des Untersuchungsgebiets maximal ist, zeigen sich ähnliche räumliche Muster hinsichtlich der Häufigkeit. Unter den verschiedenen mediterranen Gebieten fanden die Forscher heraus, dass die Bodenhöhe der Staubschichten von Westen nach Osten aufgrund der lokalen Topografie und thermischen Konvektion von 2 km auf 0,5 km zurückging. Im Durchschnitt wird der oberste Höhenwert der Staubschichten auf bis zu 6 km erfasst, während Staubpartikel mit sehr geringen Konzentrationen in der Hauptsache auf bis zu 8 km Höhe zu beobachten sind. Auf Grundlage objektiver Kriterien sind aus den Ergebnissen des Satellitenalgorithmus 20 intensive und weitreichende Staubausbrüche ausgewählt worden. Für diese Fälle werden durch rechnerische Kurzzeitsimulationen (84 Stunden) des NMMB/BSC-Staubmodells die direkten Strahlungseffekte (DREs) von Staub für ein Gebiet untersucht, das die Sahara und den größten Teil Europas abdeckt. Unter den Bedingungen von Staubepisoden lösen mineralische Partikel eine starke Störung des Strahlungshaushalts des Erdatmosphärensystems aus. Aufgrund von Staub-Strahlungs-Wechselwirkungen reduzieren mineralische Partikel die Temperatur auf 2 m um bis zu 4 K, die empfindlichen Wärmeströme um bis zu 150 Wm-2 und die latenten Wärmeströme um bis zu 100 Wm-2 zur Mittagszeit. In der Nacht sind umgekehrte Wirkungen geringerer Größenordnungen zu finden. Die vertikale Verteilung der Staubschichten spielt eine Schlüsselrolle dabei, wie die Mineralpartikel die vertikalen Temperaturprofile verändern, welche wiederum die Atmosphärendynamik beeinflussen. Werden Strahlungseffekte des Staubs in die numerischen Simulationen einbezogen, reduziert sich die regionale Aerosol-optische Tiefe des Staubs bei 550 nm und die abgestrahlte Gesamtstaubmenge um bis zu 7 % bzw. 20 %, was negatives Feedback auf beide Parameter offenbart. Zum Abschluss werden dank der Betrachtung der Staub-Strahlungs-Wechselwirkungen die prädiktiven Fähigkeiten des NMMB/BSC-Staubmodells hinsichtlich der Reproduktion der Abwärtsstrahlung an der Oberfläche sowie der Temperaturfelder verbessert. Die von MDRAF generierten Daten und Erkenntnisse werden das Wissen der Forscher über die Auswirkungen von Staub auf lokale und regionale Wettersysteme verbessern. Das hilft den Forschern bei der Verbesserung von Wetter- und Klimamodellen.
Schlüsselbegriffe
Wetter, Mittelmeer, Staubausbrüche, Strahlung, Satelliten, atmosphärische Dynamik, MDRAF
