Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Den Wolken ein Stück näher

26.07.2011
Die Technische Universität Ilmenau ist einem besseren Verständnis des Klimawandels ein kleines Stück näher gekommen.

Durch einen neuen wissenschaftlichen Ansatz verbesserte das Institut für Thermo- und Fluiddynamik Methoden zur Analyse von Wolkenbildungen. Die Forschungsergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences der USA veröffentlicht.

In den heute gängigen computergestützten Klimamodellen ist die Modellierung von Wolken eine der größten Fehlerquellen für eine bessere Prognose der globalen Erwärmung. Das schnelle Kommen und Gehen der Wolken bereitet Klimaforschern wegen der scheinbaren Unberechenbarkeit großes Kopfzerbrechen.

Die Schwierigkeit, Wolken zu erforschen, rührt daher, dass zwei an sich bereits komplexe physikalische Prozesse zusammenkommen: Die Turbulenz in Strömungen und die Thermodynamik von Phasenumwandlungen. Was so kompliziert klingt … ist es auch. Die Bewegung von Luft und auch von Flüssigkeiten wird oft durch Temperaturunterschiede in der Strömung verursacht. Je höher die Unterschiede, desto turbulenter die Luftbewegung. Dadurch wird mehr Wärme verwirbelt, die wiederum starke Strömungen in Gang setzt.

Dieses Phänomen nennen die Wissenschaftler turbulente Konvektionsströmungen, wobei unter Konvektion die Übertragung von thermischer Energie verstanden wird. In vielen Fällen gehen diese Strömungen mit Phasenumwandlungen einher. Gesättigter Dampf wird dann durch Kondensation zu Wasser, wobei zusätzliche Wärme freigesetzt wird. Ein alltägliches Beispiel turbulenter Konvektion mit Phasenumwandlungen ist eben das Entstehen und das Vergehen von Wolken in der Atmosphäre.

Der Leiter des Instituts für Thermo- und Fluiddynamik der TU Ilmenau, Prof. Jörg Schumacher, beschreitet zur Erforschung der Konvektion mit Phasenumwandlungen und damit der Wolkenbildung einen neuen Weg. Gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Olivier Pauluis vom Courant Institut für mathematische Wissenschaften der New York University wendet er sich ab von der üblichen Herangehensweise, immer komplexere Strömungsmodelle nach unzähligen Parametern immer mehr zu verfeinern.

Die beiden Wissenschaftler „entschlackten“ die mathematischen Gleichungen und fragten sich: „Was sind die wesentlichen Bausteine für die Entstehung von Wolkenformationen?“ Sie bestimmten so einige Parameter, die in der Vergangenheit von der Klimaforschung nicht berücksichtigt worden waren. Ihr bisheriges Klimamodell sah beispielsweise weder Niederschläge noch Eisbildung in den Wolken vor.

Gleichzeitig ermittelten Schumacher und Pauluis die Grenzen ihrer im Vergleich mit herkömmlichen Modellen vereinfachten Beschreibung. Indem sie zum Beispiel den Grad der Turbulenz erhöhten, fanden sie heraus, dass zur Wolkenbildung eine horizontal immer weiter ausgedehnte Atmosphärenschicht notwendig wäre, ein Phänomen, das in der realen Wetterlagen aber nicht vorkommt.

Für die Wissenschaftler bedeutete dies, dass für die Wolkenbildung weitere Phänomene verantwortlich sein müssen, sie mussten also zusätzliche physikalische Prozesse in ihr Modell einbinden. Zum Beispiel die Rückstrahlung von Infrarotlicht in die obere Atmosphäre. In der Tat reflektieren Wolken einfallende Sonnenstrahlung und sorgen dafür, dass Wärme von den Kontinenten und Ozeanen teils in die höhere Atmosphäre entweichen kann, teils aber auch zurückgesendet wird. Wolken sind also auf verschiedene Arten direkt oder indirekt an der Erwärmung der Atmosphäre beteiligt.

Ihre Erkenntnisse gewannen Schumacher und Pauluis im Laufe des letzten Jahres mithilfe von Simulationen von Wolkenmodellen auf dem bundesweit schnellsten Superrechner am hoch spezialisierten Jülich Supercomputing Centre. Um vergleichbare Rechnungen an einem handelsüblichen PC durchzuführen, müssten 4000 Computer ein Jahr lang ununterbrochen arbeiten. Die Ergebnisse der Computersimulationen wurden jetzt in den Proceedings der National Academy of Sciences der USA veröffentlicht [Proc. Nat. Acad. Sci. USA, Early Edition, 18. Julli 2011]. Die Fachzeitschrift, die neueste Forschungsergebnisse aus allen Bereichen der Wissenschaft publiziert, hat den hohen Journal Impact Factor von ca. 10. Dieser Impact Factor einer Zeitschrift misst, wie oft andere Zeitschriften Artikel aus ihr im Verhältnis zur Gesamtzahl der dort veröffentlichten Artikel zitieren. Je höher der Impact Factor, desto angesehener die Zeitschrift.

Kontakt:
Prof. Jörg Schumacher
Leiter Institut für Thermo- und Fluiddynamik
Tel.: 03677 / 69-2428
Email: joerg.schumacher@tu-ilmenau.de

Bettina Wegner | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-ilmenau.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Einblicke unter die Oberfläche des Mars
21.07.2017 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Tauender Permafrost setzt altes Treibhausgas frei
19.07.2017 | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten