Modellstudie über den Einfluss von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsprozessen auf Niederschlag in urbanen Gebieten

Städtische Gebiete können konvektive Systeme über zwei Mechanismen verändern: (I) durch verstärkte Konvergenz und vertikale Geschwindigkeitsveränderungen über dem gesamten Stadtraum, die durch die Rauigkeit und thermische Effekte induziert werden, und (II) durch Aerosol-Wolken-Niederschlags Interaktionen, die durch hohe städtische Partikelemissionen hervorgerufen werden. Werden die städtischen Aerosole als Wolken Kondensationskeime aktiviert, können sie die Dynamik und Wolkenmikrophysik beeinflussen und damit eine signifikante und komplexe Rolle in der Niederschlagsbildung spielen. Eine Kombination aus beiden Mechanismen kann eine Veränderung der Gewittermorphologie und von Niederschlagsmustern auslösen. Dies kann zu einer Intensivierung, Verzögerung oder aber auch Unterdrückung von konvektiven Niederschlägen führen. Ob der städtische Einfluss bei der Niederschlagsbildung eine Rolle spielt oder auch nicht, ist außerdem bestimmt durch die synoptischen Bedingungen. Nicht jedes meteorologische System lässt einen städtischen Einfluss sichtbar werden.
Für eine Simulation der Aerosol-Wolken-Niederschlags-Kopplung in Gegenwart einer Stadt verwenden wir das Modellsystem COSMO-DCEP-MUSCAT. Dieses System besteht aus dem regionalen Atmosphärenmodell COSMO, gekoppelt mit dem Multi Skalen Chemie-Aerosol-Transportmodell MUSCAT und der Stadtparametrisierung DCEP – eine Erweiterung des BEP Schemas von Martilli. Für die Simulationen wird eine Nesting Strategie verwendet, wobei das Gebiet mit der höchsten Auflösung aus Gitterzellen mit 500m Gitterabstand besteht, die über dem Großraum Leipzig zentriert sind.
In diesem Beitrag stellen wir verschiedene Empfindlichkeitsstudien vor, die sich an realen Wettersituationen orientieren und den Einfluss der Stadt auf Niederschlag untersuchen. Dafür wurden mit dem Modellsystem zwei synoptische Hintergrundzustände simuliert: eine Konvergenzlinie und ein langsam über die Stadt ziehendes System. Dies ermöglicht eine Abschätzung, ob diese Wettersysteme durch die Stadt beeinflusst werden können. Außerdem zeigen wir durch Variation der anthropogenen Emissionen, wie sensitiv der Modellniederschlag auf eine Änderung der städtischen Aerosolkonzentrationen reagiert.

Danksagung: Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder – EXC 2037 „CLICCS - Klima, Klimawandel und Gesellschaft“ – Projektnummer: 390683824