Forschungsprojekte

Die Arbeitsgruppe forscht mit dem Ziel, ein besseres Verständnis von physikalischen Prozessen in der Atmosphäre zu erlangen. Gegenstände der diagnostischen Untersuchungen sind

• Klimavariabilität (auf Zeitskalen bis zu etwa 200 Jahren), mit großskaligen Mustern (z.B. der Nordatlantik-Oszillation NAO), Zyklonen (Identifikation, Bahnen, Wachstumsbedingungen, Wirkungen)
• das Auftreten meteorologischer Extremereignisse und seine Bedingungen
• die Auswirkungen von Extremereignissen
• Änderungen hinsichtlich anthropogener Klimaänderungen

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Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit probabilistischen und statistischen Aspekten der Meteorologie und Klimatologie. Das sind neben der prozessierung von Wetter- und Klimamodelldaten auch probabilistischen Vorhersagen, ihrer Kalibrierung und ihrer Verifikartion. Ferner gehören stochastische Modelle, beispielsweise für Niederschlag, oder stochastische Komponenten in Wetter- und Klimamodellen zum Arbeitsbereich. Mittels statistischer Modellierung von Extremereignissen wird das Klimamonitoring und die Risikoanalyse unterstützen.

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Das Stadtmessnetz Berlin umfasst 11 Stationen. Gemessen werden im allgemeinen Lufttemperatur, Luftfeuchte, Niederschlag, Erdoberflächen- und Erdbodentemperatur. An einigen Stationen zusätzlich Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Sonnenschein- und Niederschlagsdauer, sowie Luftdruck und Strahlungsgrößen. Der Messtakt beträgt 1 Minute, sodass pro Tag ca. 100 000 Messwerte an die Zentrale im Institut für Meteorologie auf dem Fichtenberg gemeldet werden. In Berlin-Dahlem ergänzen die Augenbeobachtungen "rund-um-die-Uhr" das Datenangebot.

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Die Arbeitsgruppebeschäftigt sich mit

• Kurzfristvorhersage von Schadstoffbelastungen, insbesondere von Ozon, in Europa
• modellgestützter Analyse von langfristigen Schadstoffeinträgen
• speziellen Problemen der Klimavariabilität und Klimaveränderung
• meteorologischer Beratung

Ein großer Teil der Arbeiten ist anwendungsbezogen und wird realzeitlich durchgeführt. Neben der Beteiligung an der Lehre werden verschiedene Forschungs- und Entwicklungsprojekte bearbeitet, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die EU, das Umweltbundesamt und verschiedene Landesumweltämter oder Forschungsinstitutionen.

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Die Schwerpunkte der Arbeitsgruppe sind:

• Analyse stratosphärischer und mesosphärischer Mess- und Modelldaten in Bezug auf Klimatologie und Variabilität.
• Bereitstellung täglicher stratosphärischer Winterdiagnosen und Betreuung von Messkampagnen.
• Untersuchung dynamischer, chemischer und Strahlungsprozesse, sowie deren Wechselwirkungen anhand eines Chemie-Klimamodells, mit besonderem Augenmerk auf:
  • Zerstörung (anthropogen) und Erholung des stratosphärischen Ozons,
  • Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre,
  • zukünftige Entwicklung und Änderung des stratosphärischen Ozons,
  • Einfluss der Änderungen in der Stratosphäre auf troposphärische Wetterentwicklung und deren Vorhersage.
• Untersuchung des solaren Einflusses auf das Klima.
• Modellierung und Simulation der frühen Erde.
• Anwendung von fortschrittlichen Methoden in der Zeitreihenanalyse bei klimatologischen Untersuchungen.

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Um die komplexen Wechselwirkungen des Klimasystems zu verstehen und für die Zukunft vorhersagen zu können, werden Klimamodelle genutzt. Dabei handelt es sich um verschiedene Modelle (global, regional, lokal), die betrieben, verbessert und ausgewertet werden. Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe sind das Klima der Vergangenheit (Paläoklima), das Klima der Zukunft und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Antrieben, z.B. der Sonne, und dem Klima auf der Erde.

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Die Forschergruppe konzentriert sich auf Messungen (Messkampagnen, permanentes Stadtmessnetz und kurzzeitige Stationen), Fernerkundung und Modellierung klimatologischer Parameter in Städten. Die Gruppe untersucht die Wechselwirkung zwischen Mikroklima (Temperatur, Feuchte, Niederschlag und Wind) und Urbanisierung sowie Stadt- und Landschaftsplanung in der Vergangenheit, der Gegenwart und der Zukunft unter dem Einfluss des Klimawandels. Dadurch soll eine nachhaltige Stadtentwicklung und Anpassungsmöglichkeiten an Klimaänderungen erreicht werden. Die Arbeitsgruppe besitzt langjährige Erfahrungen in der Anwendung hochauflösender Klimamodelle, die dynamisches und statistisches Downscaling sowie Mikro-Klima-Simulationen einschließen. Die räumliche Auflösung kann bis zu 1m erreichen. In diesen Größenordnungen wird auch der UHI-Effekt modelliert.

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Die Arbeitsgruppe ist fokussiert auf den operationellen Empfang von meteorologischen Satellitendaten sowie deren Aufbereitung und Auswertung für Wetteranalyse und Wettervorhersagen. Die Aufgabe der Forschung ist es Methoden zu entwickeln, Fernerkundungsdaten meteorologisch-geophysikalischen Phänomenen und Prozessen zuzuordnen und zu analysieren. Algorithmen zur Ableitung meteorologisch relevanter Größen wie Bedeckungsgrad, Wolkenklassifikation, Wasser- und Landoberflächentemperatur, Meereisbedeckung, Albedo und Vegetationsindex werden weiter entwickelt und angewendet, um Aussagen über ihre räumliche und zeitliche Veränderungen im Systems Erdoberfläche-Atmosphäre zu ermöglichen. Ein Schwerpunkt ist dabei, Landoberflächenprozesse in desertifikationgefährdeten Gebieten abzuleiten und zu analysieren.

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Die Arbeitsgruppe arbeitet an einer Vielzahl unterschidelicher Projekten in den folgenden Schwerpunktbereichen:

•  Visualisierung für Medien
• Angewandte Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit der Industrie,
•   Informationsprojekte für die Öffentlichkeit,
•  Datenempfang und -verarbeitung im Institut,

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Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe bestehen u.a. in Verallgemeinerungen der atmosphärischen Grundgleichungen von der klassischen Hamiltonschen Energieform zu einer neuen Energie-Wirbel-Theorie. Praktische Anwendungen liegen hier z.B. in der Berechnung eines physikalisch begründeten Wetter- und Klima-Zustandsindex DSI. Dazu werden Reanalyse-Daten des ECMWF sowie die NCEP / NCAR- Reanalysen der letzten fünfzig Jahre zur Analyse des gegenwärtigen Klimas verwendet. Es werden Korrelationen des DSI mit dem Nordatlantischen Oszillations-Index (NAO) sowie den klassischen meteorologischen Variablen wie der Temperatur und dem Niederschlag berechnet.

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Neben den eigenen Projekten der Arbeitsgruppen existieren weitere sogenannte Verbundprojekten in welchen mehrer Arbeitsgruppen des Instituts in Kooperation an Problemstellungen arbeiten.

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