Institut für Meteorologie und Klimaforschung

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:

Braun et al., The climate impact of interactive stratospheric ozone in ICON-ART climate simulations, REKLIM 2018, Boppard, Germany, 15-17 May 2018
Weimer et al., Polar Stratospheric Clouds in ICON-ART, EGU 2018, Vienna, Austria, 8-13 April 2018
Diekmann et al., Investigating moisture pathways by comparing ICON-ART-Iso simulations with MetOP/IASI satellite data, ICCARUS 2018, Offenbach, Germany, 26-28 February 2018
Guggenberger et al., Modelling and measuring atmospheric methane, ICCARUS 2018, Offenbach, Germany, 26-28 February 2018
Ullwer et al., Investigation of the distribution of aerosol-forming trace gases with ICON-ART, ICCARUS 2018, Offenbach, Germany, 26-28 February 2018
Diekmann et al., Simulation of the Polar UT/LS during the Arctic Winter 2015/2016 with ICON-ART, Cosmo/CLM/ICON/ART User Seminar 2017, Offenbach, Germany, 6-8 March 2017
Weimer et al., Impact of acetone on ozone in the upper troposphere: Simulations with ICON-ART, Quadrennial Ozone Symposium 2016, Edinburgh, United Kingdom, 4–9 September 2016
Eckstein et al., ICON-ART-ISO: Implementing water isotopologues into the new chemistry-transport model ICON-ART, EGU 2016, Vienna, Austria, 18-22 April 2016
Schröter et al., Investigating atmospheric transport processes of trace gases with ICON-ART on different scales, EGU 2016, Vienna, Austria, 18-22 April 2016
Vogel et al., Status of the seamless coupled modelling system ICON-ART, EGU 2016, Vienna, Austria, 18-22 April 2016
Weimer et al., Simulation flüchtiger organischer Substanzen mit ICON-ART, DACH 2016, Berlin, Germany, 14-18 March 2016
Schröter et al., Extending ICON-ART - Comparison of Simulations with Aircraft Data in the Tropical and Extra-Tropical UTLS, AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 14-18 December 2015
Ruhnke et al., Investigating convective tropospheric transport processes and large scale stratospheric dynamics with ICON-ART, Symposium on Coupled Chemistry-Meteorology/Climate Modelling, WMO Headquarters, Geneva, Switzerland, 23-25 February 2015
Weimer et al., Simulation of volatile organic compounds with ICON-ART, ECMWF Trainings course, Reading, UK
Schröter and Ruhnke, Simulating the global ozone distribution with ICON-ART, EGU 2015, Vienna, Austria
Stassen et al., Investigating convective tropospheric transport processes and large scale stratospheric dynamics with ICON-ART, EGU 2015, Vienna, Austria