Trajektorienmodelle

Das am häufigsten am TROPOS verwendete Trajektorienmodell ist das beim amerikanischen Wetterdienst frei verfügbare HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) Modell.

Unter Angabe eines Startortes, einer Starthöhe und einer Startzeit werden wahlweise sogenannte Rückwärts- oder Vorwärtstrajektorien berechnet. Während Vorwärtstrajektorien angeben, zu welchem Punkt sich ein Luftpaket bewegen wird, lieferen Rückwärtstrajektorien eine Aussage über den von einem Luftpaket bereits zurückgelegten Pfad.

Abbildung 1 zeigt drei mit HYSPLIT berechnete Rückwärtstrajektorien, die am 27. Mai 2008, 21:00 UTC über Leipzig gestartet wurden. Ankunftshöhen der 3 Trajektorien über Leipzig sind 4200 m (rot), 4600 m (blau) und 5200 m (grün). Die Rückwärtstrajektorien zeigen den Pfad an, den die Luftmassen in den letzten 120 Stunden zurückgelegt haben. Die Trajektorien weisen alle auf die Sahara als Ursprungsgebiet der Luftmasse hin.

Partikeltransportmodelle

Am TROPOS ist das frei verfügbare, beim norwegischen Wetterdienst entwickelte Modell FLEXPART auf einem institutseigenen Server implementiert, um eigenständig Partikeltransportrechnungen durchführen zu können. Für die Modellläufe werden archivierte meteorologische Daten von NCEP FNL (National Centers for Environmental Prediction final analysis) Global Tropospheric Analyses mit einer zeitlichen Auflösung von 6 Stunden (00, 06, 12, 18 UTC) und einer horizontalen Auflösung von 1°x1° verwendet. Die FNL Daten werden zur Verfügung gestellt von CISL (Computational & Information Systems Laboratory) Research Data Archive der NCAR's (National Center for Atmospheric Research) data support section.

Im Gegensatz zu Trajektorienmodellen, die den Pfad eines einzelnen Luftpaketes wiedergeben, liefert ein Partikeltransportmodell die geografische Verteilung der Aufenthaltszeit der an einem Startpunkt beobachteten Aerosolpartikel als Summe über die letzten 10 Tage bis zur Beobachtung.

Abbildung 2 zeigt eine FLEXPART Rechnung, die anzeigt wo sich Partikel aufgehalten haben, die am 27. Mai 2008, 21:00 UTC zwischen 4000 und 5500 m Höhe über Leipzig beobachtet wurden. Dabei werden nur Partikel betrachtet, die sich zu einem beliebigen Zeitpunkt in den vergangen 10 Tagen in Höhen unterhalb von 2 km aufgehalten haben. Unterhalb dieser Höhe ist es sehr wahrscheinlich, dass die Partikel Kontakt mit der planetaren Grenzschicht hatten und deshalb Aerosol aus der betreffenden Region beinhalten. Man erkennt in Abbildung 2, dass sich ein hoher Anteil der Partikel lange Zeit über der Sahararegion aufgehalten hat. Ein weitererer, geringerer Anteil stammt allerdings auch aus der Atlantikregion.