ICON-ART

ICON ist eines der modernsten und hochauflösensten Modelle zur numerischen Wettervorhersage. Das Projekt zur Entwicklung von ICON, englische Kurzform von ICOsahedral Nonhydrostatic, begann als Kooperation zwischen DWD (Deutscher Wetterdienst) und MPI-M (Max-Planck-Institut für Meteorologie). Das MPI-M nutzt ICON zukünftig zur Berechnung von Klimaprojektionen. Der DWD betreibt ICON operationell seit Beginn 2015 für die Bereitstellung von Mandaten für das regionale Modell COSMO-EU als Ersatz für das hydrostatische Vorgängermodell GME.

Am KIT erweitern wir das Entwicklungsprojekt durch unsere Arbeit an ICON-ART (Aerosol and Reactive Trace gases), das es ermöglicht, chemische Prozesse von Spurengasen, den Transport von emittierten Luftbestandteilen wie Vulkanasche und aber auch generell Aerosolen zu simulieren. Dies soll dazu dienen, Wechselwirkungsprozesse zwischen chemischen Spurengasen, Aerosolen und der Atmosphäre besser zu verstehen und untersuchen zu können.
Chemische Prozesse in der Atmosphäre sind sehr stark beeinflusst durch die sogenannte Photodissoziation, oder auch Photolyse genannt. Hierbei absorbieren Moleküle Photonen einer bestimmten Wellenlänge und zerfallen. Die Zerfallsrate, auch Photolyserate genannt, wird neben molekülspezifischen Eigenschaften von der Intensität der einfallenden solaren Strahlung sowie Absorptions- und Streuprozessen in der Atmosphäre beeinflusst. Um chemische Prozesse innerhalb eines Modells möglichst realistisch behandeln und simulieren zu können, bedarf es einer Routine, die Photolyseraten möglichst präzise und mit geringem Rechenaufwand bestimmen kann. In ICON-ART verwenden wir hierzu das etablierte Modell FastJX, das über eine Schnittstelle in ICON-ART angesteuert wird, so dass die Berechnung von insgesamt 72 Photolyseraten an jedem Gitterpunkt (vertikal und horizontal) und zu jedem Integrationszeitschritt möglich ist. Zur Zeit ist der wolkenfreie Fall sowie die Einflussnahme von Wolken in der Schnittstelle integriert, der Einfluss von Aerosolen wird zur Zeit vernachlässigt. Zur Behandlung der chemischen Prozesse wird derzeit eine Schnittstelle für die Gasphasenchemie entwickelt, welche durch das Photolysemodul ergänzt wird.

Mittelfristiges Ziel dieser Arbeit ist es unter anderem, die Ozonbilanz und deren regulierende Einflussgrößen wie die HOx- Spezies OH und HO2 in der klimasensitiven Region der UTLS besser zu verstehen, um so durch Prozessuntersuchungen zu einem verbesserten Verständnis des atmosphärischen Ozons und somit des Klimasystems beitragen zu können.

Publikationen:

Rieger, D., Bangert, M., Bischoff-Gauss, I., Förstner, J., Lundgren, K., Reinert, D., Schröter, J., Vogel, H., Zängl, G., Ruhnke, R., and Vogel, B.: ICON–ART 1.0 – a new online-coupled model system from the global to regional scale, Geosci. Model Dev., 8, 1659-1676, doi:10.5194/gmd-8-1659-2015, 2015.

Weimer, M., Schröter, J., Eckstein, J., Deetz, K., Neumaier, M., Fischbeck, G., Hu, L., Millet, D. B., Rieger, D., Vogel, H., Vogel, B., Reddmann, T., Kirner, O., Ruhnke, R., and Braesicke, P.: An emission module for ICON-ART 2.0: implementation and simulations of acetone, Geosci. Model Dev., 10, 2471-2494, https://doi.org/10.5194/gmd-10-2471-2017, 2017.

Schröter, J., Rieger, D., Stassen, C., Vogel, H., Weimer, M., Werchner, S., Förstner, J., Prill, F., Reinert, D., Zängl, G., Giorgetta, M., Ruhnke, R., Vogel, B., and Braesicke, P.: ICON-ART 2.1: a flexible tracer framework and its application for composition studies in numerical weather forecasting and climate simulations, Geosci. Model Dev., 11, 4043-4068, https://doi.org/10.5194/gmd-11-4043-2018, 2018.

Poster: