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Wissenschaftliche Mitglieder
Professoren
Dr. Burghard Brümmer; Dr. Martin Dunst; Dr. Klaus Fraedrich; Dr. Hartmut Graßl (bis Sept. 94); Dr. Heinrich Hoeber; Dr. Helmut Jeske (bis März 96); Dr. Ehrhard Raschke (GKSS); Dr. Michael Schatzmann; Dr. Hans von Storch (GKSS)
Hochschulassistenten/Assistenten/wiss. Mitarbeiter
Dr. Richard Blender; Dr. Otto Böhringer (DKRZ); Dr. Dietrich Hasselmann; Dr. Edilbert Kirk; Dr. Ute Luksch; Dr. Gerhard Peters; Dr. Heinke Schlünzen (seit April 96); Dr. Peter Schlüssel (bis April 95)
Allgemeiner Überblick
Das Meteorologische Institut gehört zum "Zentrum für Meeres- und Klimaforschung", in dem die an der einschlägigen Forschung beteiligten Institute der Universität vereinigt sind. Am Meteorologischen Institut sind zur Zeit 5 Professoren, 1 Hochschulassistentin, 5 wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie 12 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im technischen und Verwaltungsbereich hauptamtlich tätig. Hinzu kommt eine wechselnde Zahl von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die aus Drittmitteln finanziert werden. Mit 120 Studierenden gehört das Institut zu den größten deutschen Ausbildungsstätten im Studiengang Meteorologie. Es gliedert sich in drei Abteilungen:
Forschungsschwerpunkte
Experimentelle Meteorologie
Die Arbeiten der Abteilung Experimentelle Meteorologie lassen sich zum überwiegenden Teil unter dem Thema Untersuchung der atmosphärischen Grenzschicht zusammenfassen. Ausgewählte Prozesse in der Grenzschicht werden messend-modellierend studiert, und neue Meßverfahren auf der Basis der bodengebundenen oder satellitengetragenen Fernerkundung werden entwickelt und angewandt, um räumlich-zeitlich verfeinerte Datensätze aus der Grenzschicht zu gewinnen. Über allem steht das Ziel, die Grenzschichtprozesse so zu verstehen, daß sie angemessen in numerischen Modellen zur Klimasimulation repräsentiert werden können.
Ein Schwerpunkt der Abteilung lag in der Bearbeitung der Meßkampagne "Arktis '93", deren Feldphase unter schwierigen Bedingungen im Frühjahr 1993 stattgefunden hatte. Im Mittelpunkt des Interesses stehen Kaltluftausbrüche am arktischen Eisrand, bei denen das offene Wasser große Energiemengen (bis zu 1000 W/m2) an die Atmosphäre abgibt. Die hohe Abkühlung kann zu spontaner Eisbildung und infolge des dabei freigesetzten Salzes zu tiefreichender Konvektion im Ozean führen. Mit den bei Messungen mit Flugzeugen und Schiffen in Kaltluftausbrüchen am Eisrand der Grönland- und Barentssee gewonnenen Daten konnten Fallstudien angestellt und die energetischen Prozesse im einzelnen quantifiziert werden. Eine Statistik der Häufigkeit derartiger Ereignisse wurde ausgearbeitet, und hochauflösende Modellsimulationen der atmosphärischen Konvektion in Kaltluftausbrüchen konnten erfolgreich durchgeführt werden. Die Meereisdrift und ihre Veränderlichkeit unter diesen variierenden Antriebsbedingungen am arktischen Eisrand ist ebenfalls Gegenstand des Interesses.
Die atmosphärische Grenzschicht steht auch bei der meteorologischen Meßanlage am NDR-Sendemast in Hamburg-Billwerder im Blickpunkt. Die im Berichtszeitraum grundlegend erneuerte und mit einem modernen Datenübertragungssystem ausgestattete Anlage liefert Wind-, Temperatur- und Wasserdampfdaten aus sieben Niveaus zwischen 2 m und 250 m Höhe, aus denen z.B. die Häufigkeit und Struktur niedriger Inversionen abgeleitet wurde. Derartige Informationen liefern die statistisch-klimatologische Grundlage für Aussagen über die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre über Hamburg.
Einen breiten Raum nimmt die Entwicklung und Anwendung von Methoden der Fernerkundung atmosphärischer Strukturen ein. Ein spezielles Radargerät (WTR89) erlaubt die Messung von Vertikalprofilen der Windgeschwindigkeit und der Temperatur bis ca. 3000 m Höhe. Ein System zur Radar-Regenmessung wurde entwickelt und erprobt; die Theorie des Radio Acoustic Sounding System (RASS) konnte verbessert werden. Die Anwendbarkeit derartiger Systeme wurde - in Kooperation mit dem MPI für Meteorologie - bei der Messung turbulenter Transporte von Energie, aber auch von Ozon in der Grenzschicht nachgewiesen. Ebenfalls in den Anwendungsbereich fallen die Untersuchung von wolkenmikrophysikalischen Parametern oder von Kondensstreifen und deren klimatologischer Relevanz. Wichtig für die Dokumentation der gegenwärtigen Klimaänderungen ist die Möglichkeit, aus Satellitenfernerkundungsdaten die ozeanische Verdunstung, Bodenwindfelder über dem Ozean und die Wasseroberflächentemperatur global und mit der erforderlichen Genauigkeit ableiten zu können. Die Palette der Satellitenfernerkundung ist damit jedoch nicht erschöpft, sie reicht vom Niederschlag bis zu limnologischen Parametern.
Theoretische Meteorologie
Die Abteilung befaßt sich mit verschiedenen Grundlagenaspekten der dynamischen Meteorologie, so z.B. mit der atmosphärischen allgemeinen Zirkulation, die in einem vereinfachten Modell (Simple General Circulation Model, SGCM) simuliert wird, mit den Eigenschaften von Zyklonenzugbahnen in Beobachtungen und in modellierten geänderten Klimaten sowie mit der kurzfristigen Vorhersagbarkeit atmosphärischer Zustände.
Im Bereich der Modellentwicklung wurde das SGCM in Kooperation mit dem Department of Meteorology der Universität Reading, UK, weiterentwickelt; es entstand ein "Portable University Model of the Atmosphere (PUMA)", das bequem für dynamische Analysen eingesetzt werden kann und besonders für die Ausbildung im Studium geeignet ist. Zur Untersuchung niederfrequenter Fluktuationen in der Atmosphäre wurden Langzeitsimulationen mit Hilfe des SGCM durchgeführt und analysiert; die Ursache der Fluktuationen wurde in der Wechselwirkung zwischen der großräumigen Zirkulation und synoptischen Störungen gefunden. Bei der globalen Modellierung des Klimasystems bestehen weiterhin Ansprüche in Richtung höherer räumlicher Auflösung sowie längerer (Größenordnung: 1000 Modelljahre) Zeitreihen. Auf diesem Sektor wurden Arbeiten unter Nutzung massiv-paralleler Rechnerarchitekturen in Angriff genommen.
Im Zuge des Klimawandels werden Variationen der Zyklonenzugbahnen z.B. über dem Nordatlantik erwartet, über deren physikalische Ursachen jedoch noch wenig bekannt ist. Um hier nähere Einblicke zu erhalten, wurde ein Diagnosepaket für Tief- und Hochdruckgebiete entwickelt und eine Cluster-Analyse der Zugbahnen - zunächst im heutigen Klima - vorgenommen. Ergebnisse von numerischen Klimaänderungsexperimenten mit fortgeschrittenen Klimamodellen, in denen der Einfluß von erhöhten Treibhausgaskonzentrationen enthalten ist, wurden im Hinblick auf die Aktivität der Zyklonen in mittleren Breiten analysiert. Über dem Nordatlantik zeigte sich eine nordostwärtige Verlagerung der Aktivität und eine Intensivierung am Ende der Zugbahn. Derartige Untersuchungen sollen helfen, die natürliche Variabilität der atmosphärischen Zirkulation von einem durch menschliche Aktivitäten erzeugten Klimawandel zu unterscheiden.
Die Vorhersagbarkeit der Atmosphäre ist ein altes Problem, im Zuge der Diskussionen über den Klimawandel jedoch von besonderem Interesse. Verschiedene lineare und nichtlineare Vorhersagemethoden wurden verglichen und auf einfache dynamische Systeme sowie auf Beobachtungszeitreihen angewandt. Die Atmosphäre ist allerdings ein hochkomplexes, nichtlineares System, wie eine Abschätzung der Zahl der aktiven Freiheitsgrade ergibt. Die Vorhersagbarkeit realer Beobachtungen hängt daher auch stark von den jeweils beteiligten Prozessen in der Atmosphäre ab. Einfache statistische Vorhersagemodelle sind immerhin bei der kurzfristigen Wettervorhersage möglich, wie ein Modell für die Kurzfristprognose der Wahrscheinlichkeit von Niederschlag in Hamburg deutlich macht. Das Ergebnis eines von einer Projektgruppe mit Studierenden entwickelten Vorhersageprogramms kann täglich auf der Homepage des Instituts im Internet begutachtet werden.
Technische Meteorologie
Die Abteilung ist vornehmlich auf dem Gebiet der Luftreinhaltung tätig. Sie erarbeitet Grundlagen für politische Entscheidungen oder setzt Vorgaben des Gesetzgebers zum Immissionsschutz in konkrete Handlungsanweisungen für die Praxis um. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, werden numerische Modelle der atmosphärischen Strömung in unterschiedlicher Komplexität entwickelt. Ferner stehen der Abteilung moderne Grenzschicht-Windkanäle zur Verfügung, in denen mikroskalige Strömungs- und Transportvorgänge in der Atmosphäre maßstäblich nachgebildet und Daten für Modellvalidierungen gewonnen werden.
Für die Untersuchung von Transportprozessen in der Atmosphäre wurde ein mesoskaliges numerisches Modell entwickelt, mit dem unter anderem Stofftransporte im Küstenbereich berechnet und der Eintrag von Schadstoffen in die Nordsee über die Atmosphäre bestimmt werden. Im Rahmen von Verbundprojekten wird enge Zusammenarbeit mit der Ozeanographie praktiziert, so daß Aussagen über Stofftransporte im gekoppelten System Ozean-Atmosphäre möglich werden. Mit der Erweiterung um ein Modul zur Berücksichtigung des Aerosols in der Atmosphäre wurde begonnen. Das Modell hat inzwischen einen Stand erreicht, bei dem ein Transfer zu anderen Institutionen erfolgen konnte (Fraunhofer-Institut Garmisch-Partenkirchen, Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven, University of Hong Kong, University of Quingdao, Inst. f. Troposphärenforschung, Leipzig). Dieser Austausch führt zur laufenden Verbesserung der Modellkomponenten. Gemeinsam mit diesen Institutionen wird derzeit das mikroskalige Strömungs- und Transportmodell MITRAS entwickelt.
Im Bereich der physikalischen Modellierung im Windkanal wurden Grundlagen zur Ausbreitung brennbarer und toxischer schwerer Gase in Industrielandschaften erarbeitet. Die Ergebnisse wurden in eine Richtlinie umgesetzt, die nun standardmäßig zur Durchführung von Sicherheitsanalysen in der chemischen Industrie verwendet wird. Weitere Untersuchungen befaßten sich mit der Ausbreitung von Brandgasen. Speziell ging es um die Wechselwirkung der Rauchgasfahnen mit Inversionsschichten. Gegen Ende des Berichtszeitraums verlagerte sich der Schwerpunkt der Windkanalsimulationen auf die Ausbreitung von Kraftfahrzeugemissionen in Stadtgebieten. Es wurden Datensätze für die Validierung entsprechender numerischer Modelle erzeugt und über das Internet der Fachwelt zur Verfügung gestellt. Details sind der Homepage des Meteorologischen Ins Instituts unter http://www.mi.uni-hamburg.de zu entnehmen.
Kongreßorganisation
Preisverleihungen
Forschungsaufenthalte
Wissenschaftliche Zusammenarbeit
Anwendung in der Praxis
Im Bereich "Experimentelle Meteorologie" werden in Zusammenarbeit mit mehreren nationalen Normungsorganisationen Qualitätsanforderungen an moderne Wind- und Turbulenzmeßtechniken erarbeitet mit dem Ziel, eine international akzeptierte Richtlinie der ISO (International Standard Organization) zu erstellen. Ein spezielles Verfahren zur Fernmessung von vertikalen Temperaturprofilen (Bragg-RASS) wird heute operationell von verschiedenen Wetterdiensten eingesetzt. Die Umsetzung weiterer Geräteentwicklungen (Radar-Niederschlagsmessung) in die Praxis steht bevor. Die Rückkopplungen mit der praktischen Erfahrung haben hier theoretische Weiterentwicklungen zur Verbesserung der Meßgenauigkeit stimuliert.
Die Abteilung "Technische Meteorologie" arbeitet betont anwendungsbezogen. Der Leiter, seine Stellvertreterin und diverse Mitarbeiter sind aktiv in mehreren europäischen Koordinierungsgremien (COST-Aktion "Better Air in European Cities", Model Evaluation Group) tätig, ferner im Naturschutzrat des Landes Hamburg und in den Gremien der VDI-Kommission "Reinhaltung der Luft". Sie bringen dort aktuelle Forschungsergebnisse unverzüglich in die Praxis ein und gewinnen Anregungen für weitere Forschungsarbeiten.
Weiterbildungsangebote
Kursus "Protection and Utilization of the Oceans" des Zentrums für Meeres- und Klimaforschung und der Carl Duisberg Gesellschaft e.V.
Technische Ausstattung
Anmerkung: Die folgende Aufstellung schließt Einrichtungen und Geräte ein, die gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie betrieben werden bzw. beschafft wurden; eine klare Trennung ist nicht immer möglich. Das Institut verfügt über Elektroniklabors und eine feinmechanische Werkstatt. Es betreibt einen Umlaufwindkanal und mehrere Grenzschichtwindkanäle. Zur Geräteausstattung gehören eine Grenzschicht-Profilanlage am NDR-Mast in Billwerder, eine Radiosondenempfangsanlage, eine Satellitenbildempfangsanlage, eine Bildbearbeitungs- und -analyseanlage, mehrere bodengebundene Fernerkundungsgeräte (Radar-RASS, Windprofiler) sowie hochauflösende Wind-, Temperatur- und Feuchtesensoren. Die Mitarbeiter des Instituts haben Zugang zu den Höchstleistungsrechnern des Deutschen Klimarechenzentrums und zum Hamburger Forschungsschiff Valdivia.
Ausstattungsmängel
Das Institut hat bereits eine Professorenstelle verloren und soll im Zuge der Sparmaßnahmen weitere Professoren- und Wissenschaftlerstellen abgeben. Zugesagte Etatisierungen von Programmiererstellen, ohne die eine effiziente Forschung auf Dauer nicht möglich ist, wurden nicht realisiert. Das Verhältnis von Planstellen zu Drittmittelstellen ist völlig unausgewogen. Der festgestellte Raumbedarf (HIS-Studie) ist im wichtigen Windkanalbereich nur zu 40% erfüllt. Der Etat der Haushaltsmittel (Z71) läßt nach den Kürzungen der vergangenen Jahre kaum noch einen sachgerechten Betrieb - geschweige denn einen Ausbau - der Grundausstattung zu. So ist es z.B. unmöglich geworden, mit der rasanten Entwicklung auf dem EDV-Sektor auch nur annähernd Schritt zu halten, um im Wettstreit der international konkurrierenden Institutionen den bislang gehaltenen, anerkannt hohen Rang zu bewahren. Diese Mängel erschweren zunehmend die Einwerbung von Drittmitteln und damit nicht nur die Forschung, sondern auch die Nachwuchsförderung.
Drittmittel 1996
| Fördereinrichtung | Betrag |
| BMBF | 813.900 |
| DFG | 1.157.600 |
| EU | 519.900 |
| Umweltbundesamt | 294.200 |
| AWI | 26.600 |
| GKSS | 47.500 |
| Projekt Europäische Forschung | 107.100 |
| Inst. f. Troposphärenforschung Leipzig | 108.300 |
| Gesamtförderung | 3.075.100 |
Periodische Veröffentlichungen
Berichte aus dem Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Reihe A: Meteorologie
Forschungsprojekte
| 15.040.01 | Konvektion, Wolken, Strahlung (SFB 318 B2) |
| 15.040.02 | Hochauflösende Langzeitsimulationen der atmosphärischen Zirkulation auf massiv parallelen Rechnerarchitekturen |
| 15.040.03 | Nichtlineare Systemanalyse des Klimas (in Modell und Beobachtung) |
| 15.040.04 | BMBF 07/VKV/01: "Der Einfluß globaler Klimaveränderungen auf die Variabilität regionaler meteorologischer Phänomene" im Verbundprojekt "Klimavariabilität und Signalanalyse" |
| 15.040.05 | Variabilität der nordatlantischen Sturmbahnen (EU-Projekt EV5V CT94-0503 "Variability of the North Atlantic Storm Track") |
| 15.040.06 | Fernerkundung der unteren Atmosphäre und der Erdoberfläche vom Weltraum aus (SFB 318, C 2) |
| 15.040.07 | Spektral hochauflösende Messungen rückgestreuter Strahlung über Wolken im Spektralbereich Deltalambda = 0,2-4,5 µm |
| 15.040.08 | Messung der Strahlungseigenschaften von Kondensstreifen und ihre Wirkung auf die Strahlungsbilanz |
| 15.040.09 | TOGA-COARE: Bestimmung von Energiebilanzparametern an der Meeresoberfläche |
| 15.040.10 | Fernabfrage von Wolkenparametern von multispektralen Strahlen im sichtbaren und nahen Infrarot (Remote Sensing of Cloud Parameters from Multispectral Radiances in the Visible and Near Infrared) |
| 15.040.11 | Klimatologien von Niederschlag und Verdunstung über See |
| 15.040.12 | KUSTOS ("Küstennahe Stoff- und Energieflüsse - Der Übergang Land-Meer in der südöstlichen Nordsee"), Teilprojekt A1 ("Atmosphärisches Umfeld") |
| 15.040.13 | Einsatzmöglichkeiten der Satelliten-Fernerkundung in der Limnologie |
| 15.040.14 | Satellitengestützte globale Beobachtung der kühlen Haut des Ozeans und der Schaumbedeckung der Meeresoberfläche |
| 15.040.15 | Ein Hochfrequenz-Mini-Distrometer zur Bestimmung der Regen-, Graupel-und Schneeraten sowie der Partikelgrößenverteilung im BALTEX-Gebiet |
| 15.040.16 | Bestimmung von Tropfenspektren und Regenparametern in Abhängigkeit von der Höhe mit einem FM-CW-Dopplerradar |
| 15.040.17 | Globale Modellierung der Atmosphäre - Flüsse über Meereis (SFB 318, A 1) |
| 15.040.18 | Bodengebundene Fernerkundungsmethoden für die Atmosphäre (SFB 318, C 3) |
| 15.040.19 | Millimeterwellen - Dopplerradar |
| 15.040.20 | Teilprojekt C3: Bodengebundene Fernerkundungsmethoden für die Atmosphäre |
| 15.040.21 | Einfluß von Bewölkung auf den Energiehaushalt der Atmosphäre |
| 15.040.22 | Untersuchung des Ausbreitungsverhaltens von ein- und zweiphasigen Schwergas-Strahlen (FLADIS) |
| 15.040.23 | Anwendung eines mesoskaligen atmosphärischen Transport- und Strömungsmodells auf polare Gebiete |
| 15.040.24 | Entwicklung eines Verfahrens zur ereignisabhängigen Probenahme und verallgemeinernden Interpretation von Messungen der nassen Schadstoffdeposition über Meeresoberflächen |
| 15.040.25 | Validierung des "Kinetic Simulation Particle Model" |
| 15.040.26 | Anwendung eines mesoskaligen Modells zur Simulation des Transportes von Schadstoffen und deren chemischer Reaktion im mitteldeutschen Raum |
| 15.040.27 | Qualitätssicherung von Modellen für die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre |
| 15.040.28 | Autoabgasausbreitung in Straßenschluchten - Vergleich von Windkanal- und Naturmessungen an einem konkreten Fallbeispiel |
| 15.040.29 | Erzeugung eines Datensatzes zur Unterstützung der Entwicklung und Validierung des mikroskaligen Modells MITRAS |
| 15.040.30 | Verteilung von stark schwebenden Quellen (Dispersion from Strongly Buoyant Sources) |
| 15.040.31 | Brandausbreitung im Störfall |
| 15.040.32 | Küstennahe Stoff- und Energieflüsse - der Übergang Land-Meer in der südöstlichen Nordsee (KUSTOS), Teilprojekt A2: Modellierung kleinskaliger meteorologischer Phänomene im Küstenvorfeld |
| 15.040.33 | Wissenschaftliche Bewertung von dichten Gas-Dispersionsmodellen (Scientific Evaluation of Dense Gas Dispersion Models) |
| 15.040.34 | Dispersion von Autoimmissionen in Stadtgebieten (Dispersion of Car Emissions in Urban Areas) |
| 15.040.35 | Entwicklung und Anwendung eines Validierungskonzeptes für hochauflösende regionale Chemie-Transport-Modelle (VAHR) |
| 15.040.36 | Entwicklung und Validierung eines mikroskaligen Modells zur Simulation von Transport- und Strömungsvorgängen innerhalb der Hindernisschicht |
| 15.040.37 | Gemeinsame Auswertung luftchemischer und meteorologischer Messungen in der Antarktis |
| 15.040.38 | Globale Bestimmung das Wasserdampfflusses an der Meeresoberfläche aus Mikrowellen- und Infrarotsondierungen von Satelliten |
| 15.040.39 | Globale dreidimensionale Klimatologie des atmosphärischen Wasserdampfes |
