Simulation von Treibhausgasen in der Atmosphäre Forschung
In unserer Gruppe werden atmosphärische Transportmodelle genutzt, um die Ausbreitung von Spurengasen in der Atmosphäre zu untersuchen und Rückschlüsse auf die Quellen und Senken zu ziehen. Dabei arbeiten wir auf verschiedenen Skalen - von urban bis global.
Atmosphärischer Transport und inverse Modellierung
Die Konzentrationen von Treibhausgasen in der Atmosphäre werden durch das Zusammenspiel von Emissionen, Aufnahmeprozessen und meteorologischem Transport geprägt. Um zu verstehen, woher Treibhausgase stammen, wie sie in der Atmosphäre transportiert werden und wie stark verschiedene Quellen und Senken beitragen, verbinden wir atmosphärische Messungen mit Transportmodellen und inversen Schätzverfahren.
Unsere Modellierungsansätze decken ein breites Spektrum räumlicher Skalen ab. In Städten simulieren hochaufgelöste Modelle die atmosphärische Strömung um Gebäude und innerhalb von Straßenschluchten und ermöglichen es so, Konzentrationserhöhungen durch urbane Emissionen zu simulieren. Auf regionaler Skala werden meteorologische Modelle eingesetzt, um den Transport über komplexe Landschaften zu untersuchen und die Quellregionen zu identifizieren, die einzelne Messstandorte beeinflussen. Auf kontinentaler bis globaler Skala helfen gröber aufgelöste atmosphärische Modelle dabei, großräumige biogene Flüsse zu quantifizieren und beobachtungsbasierte Schätzungen mit prozessbasierten Ökosystemmodellen zu vergleichen.
Je nach wissenschaftlicher Fragestellung verwenden wir sowohl Euler’sche Modelle, die Konzentrationsfelder auf einem festen Gitter simulieren, als auch Lagrange’sche Modelle, die Luftmassen rückwärts oder vorwärts in der Zeit verfolgen. Diese Modelle stellen die Verbindung zwischen beobachteten Treibhausgaskonzentrationen und den Oberflächenflüssen her, die sie verursacht haben.
Zur Quantifizierung von Emissionen und Flüssen wenden wir inverse Modellierungsmethoden an. Diese Methoden kombinieren Beobachtungen, Transportsimulationen, a-priori-Emissionsschätzungen und Unsicherheitsinformationen, um die wahrscheinlichste räumliche und zeitliche Verteilung von Treibhausgasquellen und -senken abzuleiten.
Die resultierenden Emissionsschätzungen liefern unabhängige Einschränkungen für natürliche und anthropogene Treibhausgasflüsse. Sie können die unabhängige Bewertung von Emissionsinventaren unterstützen, zu einem transparenten Monitoring klimarelevanter Emissionen beitragen und unser Verständnis biosphärischer Kohlenstoffkreislaufprozesse verbessern.