Projektbeschreibung

Die Europäische Union (EU) fördert seit Dezember 2013 das europäisch-afrikanische Konsortium „DACCIWA - Dynamics-Aerosol-Chemistry-Cloud Interactions in West Africa“. Gesamtziel des interdisziplinären Projekts ist es, den Einfluss der durch explosives Bevölkerungswachstum, Verstädterung und Wirtschaftswachstum sehr stark ansteigenden Luftverschmutzung auf Atemwegserkrankungen, Landwirtschaft und Wolken- und Niederschlagsbildung während des westafrikanischen Sommermonsuns zu untersuchen. Bisher ist der Einfluss der vom Menschen verursachten Luftverschmutzung auf Wetter und Klima in Westafrika mangels Daten und Prozessverständnis kaum bekannt. DACCIWA will hier eine Lücke schließen, indem während einer Feld- und Flugzeugmesskampagne im Sommer 2016 wertvolle Daten erhoben werden, welche das Prozessverständnis „Aerosole-Chemie-Wolken/Niederschlagsbildung“ und deren Wiedergabe in Wetter-Chemie-Modellen verbessern sollen. Gleichzeitig sollen Algorithmen der Satellitenfernerkundung mit den Felddaten optimiert werden, so dass auch die vieljährige Beobachtung von Aerosolen, Wolken und Niederschlag in der Region vom Satelliten aus deutlich verbessert wird.

Bevölkerungs-, Verkehrs- (das Bild zeigt die Rußwolke eines LKWs in Benin) und Industriewachstum ohne europäische Umweltstandards haben zu einem starken Anwachsen der Luftverschmutzung an der Küste Westafrikas geführt. Der Einfluss dieser anthropogenen Aerosole auf Wolkenbildung, Niederschlag und das gesamte westafrikanische Monsunsystem ist bisher nicht bekannt. Dies ist ein wichtiges Ziel von DACCIWA.

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Im Rahmen von DACCIWA arbeiten wir innerhalb der Arbeitspakete „Atmosphärische Chemie“ (WP3) und „Aerosol-Wolken Wechselwirkungen“ (WP4).

Mit Hilfe des Modells COSMO-ART untersuchen wir den Einfluss der atmosphärischen Zusammensetzung auf den Strahlungsantrieb, die Kopplung zwischen Aerosolen und Wolkentropfen bzw. Niederschlag sowie die Charakteristika der Wolkenmikrophysik und Dynamik im südlichen Westafrika (SWA). Innerhalb der Forschungsregion sind eine Vielzahl von Emissionsquellen relevant. Dazu gehören natürliche Emissionen, wie Seesalz, Dimethylsulfid (DMS), Mineralstaub und biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs), aber im Besonderen auch anthropogene Emissionen (z.B. von Städten, Verkehr, Industrie, Vegetationsbränden und dem Abfackeln von Gas in den Erdöl- und Erdgasfördergebieten). In Vorbereitung auf die Anwendung von COSMO-ART in SWA wurden u.a. die Parametrisierung der biogenen Emissionen aktualisiert und eine Parametrisierung der Fackelemissionen entwickelt.

Abbildung 1 zeigt die momentan in COSMO-ART verwendeten Simulationsdomänen. Ausgehend von der blauen Domäne mit einer Gittermaschenweite von 0.25° (28km) und einer großen Ausdehnung, können die Mineralstaubemissionen der Sahara sowie die Emissionen der Biomasseverbrennung in Zentralafrika mit berücksichtigt werden. Der grüne Rahmen zeigt das erste Nesting mit einer Maschenweite von 0.0446° (5km) für SWA. Das zweite Nesting (rote Box) weist eine Maschenweite von 0.02679° (3km) auf. Die Simulationen innerhalb dieser Domäne sollen die oben genannten Ziele erschließen. Ein besonderes Interesse liegt bei der Betrachtung des Einflusses der Spurenstoffe auf den nächtlichen tiefen Stratus (nocturnal low-level stratus).

Abb. 1. Momentan verwendete Simulationsdomänen in COSMO-ART für DACCIWA; blau (Maschenweite: 28km), grün: erstes Nesting (Maschenweite: 5km) und rot: zweites Nesting (Maschenweite: 3km).

Zusätzlich zu der Forschungsarbeit sollen mit COSMO-ART während der Flugzeug-Messkampagne im Juni/Juli nächsten Jahres, numerische Vorhersagen gerechnet werden. Dazu werden vom Deutschen Wetterdienst ICON-Vorhersagen zur Verfügung gestellt. Die mit COSMO-ART simulierten Verteilungen der Aerosol- und Spurengaskonzentrationen sollen als Unterstützung bei der Entscheidung über die Flugrouten der DACCIWA-Messflugzeuge dienen. In Abbildung 2 ist die Rußkonzentration in 850 hPa in Mikrogramm pro Kubikmeter für eine Probelauf-Vorhersage, gültig für den 1. August 2015 12 UTC, dargestellt.

Abb. 2. Vorhersage der Rußkonzentration in 850 hPa (Mikrogramm pro Kubikmeter); Initialisierung am Freitag den 31. Juli 2015 12 UTC, gültig für Samstag den 1. August 2015 12 UTC (t+24h).