Konvektion, Fronten, Ãœberströmung von Gebirgen und spontane Ausgleichsprozesse an troposphärischen Jetstreams sind Auslöser für sich ausbreitende Schwerewellen (GWs) in der Troposphäre und der unteren Stratosphäre (Smith 1979, Gill 1982, Baines 1995, Fritts and Alexander 2003, Sutherland 2010, Nappo 2012, Plougonven and Zhang 2014). Generell, kann man zwischen orographischen GWs und nicht-orographischen GWs (OGWs und NOGWs) unterscheiden. Aufgrund ihrer Fernwirkung, sind GWs ein wichtiger Kopplungsmechanismus in der Erdatmosphäre und die damit verbundene Impulsablagerung wird als orographischer bzw. nicht-orographischer Schwerewellenwiderstand (OGWD, NOGWD) bezeichnet. Diese Umverteilung von Impuls und Energie bestimmt die globale Zirkulation in der mittleren Atmosphäre (Dunkerton 1978, Lindzen 1981, Alexander et al. 2010).

 Vergleiche von stratosphärischen Zonalmitteln des GW Impulsflusses (GWMFs) in globalen Zirkulationsmodellen (GCMs) mit Satellitendaten zeigen die große Variabilität aktueller Schwerewellenparametrisierungen. Einige Charakteristiken werden in Bezug auf die Magnituden und die Breitenabhängigkeit recht gut wiedergegeben, es gibt allerdings auch große Abweichungen. Besonders auffallend sind dabei die "Lücke" im simulierten, zonal gemittelten GWMFs im Bereich von 60° S im Winter (Geller et al. 2013) und die großen Maximalwerte über den Gebirgen, was so von Satelliten wie SABER (Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry) and HIRDLS (High Resolution Dynamics Limb Sounder) nicht beobachtet wird (Geller et al. 2013). In den meisten GCMs findet sich eine systematische Abweichung in der simulierten polaren, stratosphärischen Zirkulation der Südhemisphäre (SH). Diese Abweichung ist als "cold pole bias" in z.B. dem Kanadischen Mittelatmosphären Modell (CMAM) oder dem Atmosphärischen Community Klimamodell (WACCM) (SPARC CCMVal 2010, Butchart et al. 2011) zu finden, denn die Modelle unterschätzen die Temperatur der polaren Stratosphäre. Durch die isolierte, kalte stratosphärische Luft und eine zu geringe planetare Wellenaktivität, kommt es im Frühling zu einem signifikant verspäteten Zusammenbruch des polaren Wirbels in der Südhemisphäre. Höchst wahrscheinlich ist die vereinfachte Darstellung von GWs eine der Hauptursachen für diese Abweichungen bei der Simulation des stratosphärischen Klimas der SH.
Bezugnehmend auf ein Zitat von T. G. Shepherd lässt sich zusammenfassend sagen, dass das Problem der Parametrisierung von nicht-aufgelösten GWs und ihr sensitives Zusammenspiel mit der großskaligen Dynamik eine der größten Unsicherheiten in der Klimamodellierung darstellt (Shepherd 2014).

 OGWs spielen wahrscheinlich eine wichtige Rolle, aber auch andere Prozesse können eine Erklärung für den "fehlenden Schwerewellenwiderstand bei 60° S" sein (de la Cámara et al. 2016). Generell kann der physikalische Ursprung des beobachteten GWMF bei 60° S durch verschiedene Mechanismen erklärt werden: (i) Die stromabwärts gerichtete Advektion und meridionale Refraktion von OGWs von den südlichen Anden und der Antarktischen Halbinsel in den polaren Stratosphärenjet (PNJ)(Sato et al. 2009). (ii) Nicht-aufgelöste OGWs von kleinen Inseln (Alexander et al. 2009, Alexander and Grimsdell 2013). (iii) Sekundäre GWs, welche dort direkt lokal in den Brechungsregionen dieser OGWs erzeugt werde (Hindley et al. 2015). (iv) NOGWs von Quellen, welche mit den Zugbahnen der Winterstürme im Südozean in Verbindung stehen (Hendricks et al. 2014). (v) Eine zonale gleichmäßige Verteilung von Wellen kleiner Amplitude durch nicht-orographischen Mechanismen wie spontane Ausgleichsprozesse und Instabilitäten entlang der Kante des PNJ (Hindley et al. 2015).

 Das Projekt WASCLIM untersucht den Einfluss von Schwerewellen auf die stratosphärische Zirkulation und das Klima der Sudhemisphäre anhand von Beobachtungen, hochaufgelösten numerischen Simulationen, meteorologischen Reanalysedaten und Klimamodellierung. Die Entwicklung und Implementierung einer einfachen Parametrisierung für die horizontale Ausbreitung der Schwerewellen sowie anschließende Klimasensitivitätssimulationen helfen dabei die resultierenden Effekte auf das troposphärische Klima und die Klimaveränderungen zu quantifizieren. Im Projekt werden bodengebundene Langzeitmessungen mit dem autonomen Temperaturlidar CORAL (Compact Rayleigh Autonomous Lidar) an der Sudspitze von Südamerika weitergeführt. Diese werden mit episodischen flugzeuggetragenen Messungen, u.a. mit dem neuen ALIMA (Airborne Lidar for Studying the Middle Atmosphere) Instrument und GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere) auf dem deutschen Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) und boden-gebundenen Meteorradar Messungen ergänzt.

 Die Region um die Anden und die Antarktische Halbinsel zeichnet sich durch auffällige stratosphärische Schwerewellenaktivität aus. Der gesammelte Datensatz deckt unterschiedliche Schwerewellenquellen ab und wird mit hochaufgelösten Simulationen des ICON Modells auf konsistente Weise vervollständigt werden. Dieser Datensatz wird zusammen mit Analysen des Schwerewellenwiderstands in Reanalysedaten dazu verwendet werden, eine Parametrisierung zu entwickeln, welche die horizontale Ausbreitung von GWs nachbildet. Die hochaufgelösten Simulationen werden des Weiteren zur Evaluierung der Parametrisierung in den Simulationen, die mit dem EMAC Klimamodell (= globales Klima- und Chemie-Simulationssystem deutscher Forschungseinrichtungen) für spezifische Episoden der Kampagne durchgeführt werden, verwendet. Die nötige, statistische Beurteilung der im Mittel angemessenen Repräsentation der Schwerewellen im modifizierten EMAC erfolgt anhand der Langzeit-Reanalysedaten.