Modellinfrastruktur

Im Rahmen von AIRSPACE soll eine Infrastruktur aus zwei verschiedenen Modellsystemen geschaffen werden, um die Synergie der verschiedenen Datenströme der einzelnen Instrumente für die Modellierung der Spurenstoffflüsse nutzbar zu machen:

  1. Regionale inverse Modellierung

  2. Klima-Chemie-Modellierung mit regionaler Verfeinerung

Die beiden verwendeten Modellsysteme werden sich dabei sinnvoll ergänzen. Das Modell STILT-TM3, das vom MPI-BGC betrieben wird, ist ein gekoppeltes Eulersches Modell das ursprünglich entwickelt wurde, um Transportfehler der terrestrischen Treibhausgasflüsse bei Verwendung der Top-Down-Methode auf kontinentalen Skalen zu minimieren. Es wird für die Berechnung von, an den Messorten beginnenden, Rückwärtstrajektorien eingesetzt werden, um deren Verbindung zu den Quellen zu untersuchen. Dies ist die Grundlage für die inverse Abschätzung der Flüsse sowie der Zuordnung zu einzelnen Quellen. Wenn statt der ECMWF-Analysen das WRF (Weather Research and Forecasting) Modell verwendet wird, dann kann es nicht nur im Vorhersagemodus für die Flugplanung eingesetzt, sondern seine Auflösung auch derart verfeinert werden dass die Interpretation des atmosphärischen Transports verbessert wird.

Das am DLR entwickelte und betriebene MECO(n) ("MESSy-fied ECHAM and COSMO models nested n-times”) System ist das globale "ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry" (EMAC) Klima-Chemiemodell mit der Möglichkeit, mehrfach in ein oder mehrere Regionen hinein zu vergrößern. Diese Zoom-Möglichkeit basiert auf der Einbettung des COSMO Modells des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Die Kopplung der unterschiedlichen Modellinstanzen zur Laufzeit erlaubt einen häufigen Austausch der Randbedingungen zwischen den grob aufgelösten (globalen oder regionalen) und den feiner aufgelösten (regionalen) Modellinstanzen. Dies garantiert ein hohes Maß an Konsistenz zwischen allen relevanten Skalen.

Diese einzigartige Stärke von MECO(n) soll für AIRSPACE genutzt werden, um:

  • die Messkampagne auf der regionalen Skala nachzusimulieren, jedoch eingebettet in die globale Skala

  • die Rolle der verschiedenen Methanquellen innerhalb und außerhalb des Kampagnengebietes abzuschätzen

  • den chemischen Zustand der Atmosphäre zu untersuchen, der die Lebensdauer von Methan bestimmt, sowohl auf regionaler als auch auf globaler Skala

  • und um die isotopische Signatur (D, 13C) von Methan auf globaler und regionaler Skala zu simulieren.

Außerdem soll eine kürzlich entwickelte Modelldiagnostik, die verschiedene Methanaltersklassen darstellt, dazu verwendet werden die WRF-STILT basierte Inversion zu ergänzen.

Zusammengefasst soll WRF-STILT dazu verwendet werden, die Beobachtungen aus der Messkampagne mit einer bestmöglichen Schätzung des atmosphärischen Transports direkt zu invertieren. Dabei muss aber eine bekannte Methansenke angenommen werden. MECO(n) hingegen wird vorwiegend dafür eingesetzt, Aspekte der Atmosphärenchemie (d.h. der Senken) zu evaluieren.