Atmosphärenphysik
Unser Interesse an der Atmosphärenphysik konzentriert sich auf die Wechselwirkungen zwischen der Zusammensetzung und der Dynamik der Atmosphäre von der Wetter- bis zur Klimaskala. Wir suchen Antworten auf Fragen zur Rolle von Aerosolen und Zirkulation im regionalen Klima, einschließlich der Verbindungen zum Wasserkreislauf, Wechselwirkungen mit Landprozessen und Auswirkungen auf die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen. Eine Stärke unserer Arbeit ist die Verknüpfung des physikalischen Verständnisses von Wetterprozessen mit klimatologischen Bewertungen von der geologischen Vergangenheit bis zum heutigen Klimawandel. Nachfolgend geben wir einen Eindruck von unseren Forschungsthemen, die zusammen einen Beitrag zu den physikalischen Grundlagen des Klimawandels leisten sollen.
Forschungsthemen
Vergangenes und modernes Klima
Wir führen Klimamodellexperimente durch und vergleichen sie, um besser zu verstehen, wie das Erdsystem auf Störungen unter modernen Bedingungen und in wärmeren Welten der Vergangenheit und Zukunft reagiert. Ein Schwerpunkt ist der Einfluss von Veränderungen der atmosphärischen Zusammensetzung und der Sonnenstrahlung auf den Strahlungsantrieb und die damit verbundenen Klimareaktionen, wie z. B. die Zirkulation in Atmosphäre und Ozean. Wir untersuchen auch die Rolle der Zirkulation bei extremen Wetterereignissen,z. B. die Auswirkungen der Meeresoberflächentemperatur auf Hitzewellen und synoptische Wettereinflüsse auf Extreme in der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Europa. Ein weiteres Beispiel ist unsere Forschung zur Quantifizierung von Modellunterschieden, z. B. für Aerosole und Regen, und zum Verständnis von Modellunterschieden im Strahlungsantrieb von Aerosolen. Hier nutzen wir unter Anderen Klimamodelle wie sie in den Sachstandsberichten des Weltklimarats verwendet werden.
Wüstenstaub-Stürme
Natürliche Staubaerosole tragen am meisten zur Aerosolmasse auf der Erde bei, aber sowohl Wettervorhersagen als auch Klimamodelle weisen erhebliche Unterschiede bei der Simulation von Staubstürmen auf. Wir tragen zu einem besseren Verständnis der Dynamik, Klimatologie und Trends von Staubstürmen bei. Insbesondere erstellen wir Benchmark-Klimatologien für verschiedene staubemittierende Atmosphärenprozesse, wie z. B. nächtliche Grenzschichtstrahlströme, Tiefdruckgebiete und postfrontale Verstärkung von Passatwinden. Solche Benchmarks sind nützlich für die Bewertung von Wetter- und Klimamodellen auf der Prozessebene. Darüber hinaus führen wir Experimente für Staubausbrüche im Kilometermaßstab durch, sammeln mit unserem Atmosphärenobservatorium land- und schiffsbasierte Messungen, wenden Techniken des maschinellen Lernens auf Satellitenbilder an und entwickeln unsere eigenen automatischen Erkennungsalgorithmen für prozessbasierte Analysen von Daten. Diese Methoden ermöglichen es uns, Einblicke in die Sturmdynamik von der meso- bis zur synoptischen Skala zu gewinnen und die Auswirkungen von Staub auf Wetter, Klima und photovoltaische Stromerzeugung zu quantifizieren.
Methoden
Unsere Forschungsmethoden sind vielfältig und werden auf die jeweilige Fragestellung zugeschnitten. Unser Methoden umfassen die Durchführung von Atmosphärenmodellexperimenten mit unterschiedlicher Prozesskomplexität und für verschiedene Regionen, die Anwendung von Techniken des maschinellen Lernens und theoretischen Ansätzen, die Nutzung weltraum- und bodengestützter Beobachtungsdaten sowie die Erhebung neuer Messungen an Land und auf See.
Team
Prof. Dr. Stephanie Fiedler (Leitung)
Wissenschaftlicher Programmierer:
Dr. Sebastian Wahl
Wissenschaftler:innen:
Dr. Sabine Bischof
Dr. Wenjuan Huo
Dr. Franz Kanngießer
Feifei Mu (Stipendiat)
Tabea Rahm
Dr. Natalia Sudarchikova
Dr. Vidya Varma
Yamoula, Dametoti (Stipendiat)
Studierende:
Samuel Kuthe (Masterarbeit)
Christiane Lösel (Masterarbeit)
Lisa Weber (Masterarbeit Universität zu Köln)
Aktuelle Forschungsprojekte
Neueste Veröffentlichungen
- Fiedler, S., Naik, V., O'Connor, F. M., Smith, C. J., Griffiths, P., Kramer, R. J., Takemura, T., Allen, R. J., Im, U., Kasoar, M., Modak, A., Turnock, S., Voulgarakis, A., Watson-Parris, D., Westervelt, D. M., Wilcox, L. J., Zhao, A., Collins, W. J., Schulz, M., Myhre, G., and Forster, P. M. (2024) Interactions between atmospheric composition and climate change – progress in understanding and future opportunities from AerChemMIP, PDRMIP, and RFMIP, Geosci. Model Dev., 17, 2387–2417, https://doi.org/10.5194/gmd-17-2387-2024
- Huo, W., Drews, A., Martin, T., & Wahl, S. (2024). Impacts of North Atlantic model biases on natural decadal climate variability. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2023JD039778. https://doi.org/10.1029/2023JD039778
- K. Bechir Ferchichi, T. Böhnert, B. Ritter, D. Harpke, A. Stoll, P. Morales, S. Fiedler, F. Mu, J. Bechteler, C. Münker, M.A. Koch, T. Wiehe, D. Quandt (2024) Genetic diversity of the Atacama Desert shrub Huidobria chilensis in the context of geography and climate, Global and Planetary Change, 104385, https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104385
- Ho-Tran, L., Fiedler, S. A climatology of weather-driven anomalies in European photovoltaic and wind power production. Commun Earth Environ 5, 63 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01224-x
- Kanngießer, F., & Fiedler, S. (2024): “Seeing” beneath the clouds—Machine-learning-based reconstruction of North African dust plumes. AGU Advances, 5, e2023AV001042. https://doi.org/10.1029/2023AV001042
- Scheele, R., and Fiedler, S. (2024): What drives historical and future changes in photovoltaic power production from the perspective of global warming? Environ. Res. Lett. 19 (1), DOI 10.1088/1748-9326/ad10d6
- Hohenegger, C. et al. incl. Fiedler, S. (2023) FESSTVaL: the Field Experiment on Submesoscale Spatio-Temporal Variability in Lindenberg. Bulletin of the American Meteorological Society, 104 (10). E1875-E1892. DOI 10.1175/BAMS-D-21-0330.1.
- Richardson, K. et al. incl. Fiedler, S. (2023) Earth beyond six of nine planetary boundaries. Sci. Adv., 9 (37), https://doi.org/10.1126/sciadv.adh2458
- Fiedler, S., van Noije, T., Smith, C.J., Boucher, O., Dufresne, J., Kirkevåg, A., Olivié, D., Pinto, R., Reerink, T., Sima, A., Schulz, M. (2023) Historical Changes and Reasons for Model Differences in Anthropogenic Aerosol Forcing in CMIP6. Geophysical Research Letters, 50 (15), https://doi.org/10.1029/2023GL104848
- Boroughani, M., Mirchooli, F., Hadavifar, M. and Fiedler, S., (2023) Mapping land degradation risk due to land susceptibility to dust emission and water erosion. SOIL, 9 (2), 411–423, https://doi.org/10.5194/soil-9-411-2023
- vollständige Liste begutachteter Publikationen
Veranstaltungen
CACTI Workshop 2023: 13. - 15. Juni 2023 am GEOMAR in Kiel
