{"id":16852,"date":"2025-06-30T17:44:11","date_gmt":"2025-06-30T15:44:11","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-physics\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/physik-der-atmosphaere-und-umweltwissenschaften\/"},"modified":"2026-04-10T14:57:13","modified_gmt":"2026-04-10T12:57:13","slug":"physik-der-atmosphaere-und-umweltwissenschaften","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/physics.uni-mainz.de\/de\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/physik-der-atmosphaere-und-umweltwissenschaften\/","title":{"rendered":"Physik der Atmosph\u00e4re und Umweltwissenschaften"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n

Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/a> > Fachbereich 08<\/a> > Physik<\/a> > Physikforschung<\/a> > Forschungsfelder<\/a> > Atmosph\u00e4renphysik & Umweltwissenschaften<\/p>\n\n\n\n

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Unsere Forschung befasst sich mit der Dynamik des Erdsystems mit einem Schwerpunkt auf der Atmosph\u00e4re auf verschiedenen Skalen, von lokalen Prozessen bis hin zum gesamten Globus. Unser Ziel ist es, das theoretische Verst\u00e4ndnis nichtlinearer Ph\u00e4nomene und ihrer Wechselwirkungen mit physikalischen Prozessen zu verbessern, was f\u00fcr die Weiterentwicklung von Wettervorhersagen und Klimaprojektionen entscheidend ist. Mithilfe von numerischen Modellen, Reanalysedaten und fortschrittlichen Diagnosetools verkn\u00fcpfen wir die Theorie mit atmosph\u00e4rischen Beobachtungen und Simulationen. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf Wolken, Niederschlag, Aerosolen und der Chemie der Atmosph\u00e4re. Wir untersuchen, wie diese Faktoren zusammenwirken, um die Luftqualit\u00e4t, das Wetter und das Klima zu beeinflussen. Durch die Integration von Dynamik, Mikrophysik und Chemie arbeiten wir an einem umfassenden Rahmen, der die Vorhersage und die Darstellung von Unsicherheiten in Klima- und Wettermodellen verbessert. <\/p>\n\n\n<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf der Dynamik der Erdatmosph\u00e4re von der Mikroskala bis hin zur planetarischen Skala. Unser Ziel ist es, das konzeptionelle Verst\u00e4ndnis der komplexen nichtlinearen dynamischen Ph\u00e4nomene und ihrer Wechselwirkungen mit „physikalischen Prozessen“ zu verbessern. Dieses Verst\u00e4ndnis ist notwenig, um Wettervorhersagen und Klimaprojektionen zu verbessern. <\/p>\n\n\n\n

Unsere Methoden umfassen numerische Modelle sowie die Verwendung von Daten aus Reanalyseprojekten und Klimamodellsimulationen. Zum konzeptionellen Verst\u00e4ndnis entwickeln und verwenden wir ausgefeilte Diagnosewerkzeuge, die es uns erm\u00f6glichen, neue Einsichten zu gewinnen, die sich nicht allein durch das Aufzeichnen von Modellvariablen gewinnen lassen. Die Diagnosewerkzeuge stehen wiederum in Zusammenhang mit theoretischen Konzepten wie der linearen Theorie, dem PV-Denken oder der Wellenaktivit\u00e4t. <\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Unser Forschungsteam entwickelt und verwendet Computermodelle f\u00fcr das Klimasystem, die die Chemie der Atmosph\u00e4re und ihre Wechselwirkungen mit Wetter und Klima einbeziehen. Mit Hilfe dieser Instrumente untersuchen wir, wie chemische Verbindungen im Erdsystem die Luftqualit\u00e4t und das Klima beeinflussen. Dabei geht es nicht nur darum, die Verteilung relevanter Verbindungen im System zu simulieren und zu analysieren, sondern auch darum, die Prozesse zu verstehen, die f\u00fcr die Verteilung dieser Spurenstoffe verantwortlich sind.
Unsere Studien reichen von lokalen und regionalen Ma\u00dfst\u00e4ben bis hin zum gesamten Erdsystem, umfassen also Prozesse auf einer Vielzahl von Skalen. <\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Wolken und Niederschlag sind entscheidende Elemente des Wetters und des Klimas. Ihr Auftreten wird stark von den dynamischen Kr\u00e4ften und den thermodynamischen Bedingungen bestimmt, aber auch von Feuchtigkeit und Aerosolen sowie von mikrophysikalischen Prozessen in den Wolken. Die Wolken wiederum beeinflussen die Entwicklung der atmosph\u00e4rischen Str\u00f6mung, die thermodynamischen Bedingungen und die Aerosoleigenschaften. Das physikalische Verst\u00e4ndnis dieser komplexen Wechselwirkungen ist eine gro\u00dfe Herausforderung, ebenso wie die Darstellung der feuchten Atmosph\u00e4re in operativen Wettervorhersage- und Klimamodellen. Wir arbeiten an einer ganzheitlichen Betrachtung der Wolkenmikrophysik, der Aerosolwissenschaft und der atmosph\u00e4rischen Dynamik. Besondere Schwerpunkte sind hierbei:
(i) ein umfassendes Verst\u00e4ndnis physikalischer Prozesse,
(ii) die vollst\u00e4ndige Integration von Aspekten aus allen drei Disziplinen in die Planung von Feldkampagnen, die Modellbewertung und die Analyse von Klima- und Wetterdaten und
(iii) die Darstellung der mikrophysikalischen\/aerosolischen Unsicherheit von Wolken in der Ensemble-Wettervorhersage.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Unser Forschungsteam entwickelt und verwendet Computermodelle f\u00fcr das Klimasystem, die die Chemie der Atmosph\u00e4re und ihre Wechselwirkungen mit Wetter und Klima einbeziehen. Mit Hilfe dieser Instrumente untersuchen wir, wie chemische Verbindungen im Erdsystem die Luftqualit\u00e4t und das Klima beeinflussen. Dabei geht es nicht nur darum, die Verteilung relevanter Verbindungen im System zu simulieren und zu analysieren, sondern auch darum, die Prozesse zu verstehen, die f\u00fcr die Verteilung dieser Spurenstoffe verantwortlich sind.
Unsere Studien reichen von lokalen und regionalen Ma\u00dfst\u00e4ben bis hin zum gesamten Erdsystem, umfassen also Prozesse auf einer Vielzahl von Skalen. <\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Die Forschung konzentriert sich auf Transport-, Umwandlungs- und Mischungsprozesse von der Oberfl\u00e4che bis zur oberen Troposph\u00e4re und unteren Stratosph\u00e4re (UTLS). Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der UTLS, wo diese Prozesse die Verteilung von strahlungsaktiven Spurengasen, Aerosolen und Zirruswolken stark beeinflussen. Da all diese Verbindungen die Strahlungsbilanz und damit die Oberfl\u00e4chentemperaturen beeinflussen, sind sie der Schl\u00fcssel zum Verst\u00e4ndnis des Klimawandels. Die Forschung kombiniert Messungen von Spurengasen aus der Luft, Lagrangesche Trajektorienanalyse, Reanalysedaten und Erdsystemmodelle, um den Austausch \u00fcber die Troposph\u00e4re, Transportregime und -wege in der UTLS zu untersuchen. Die experimentelle Arbeit untersucht auch grundlegende physikalische und chemische Prozesse von Aerosolen, Wolken und Hydrometeoren mit Hilfe von Feldkampagnen und einer vertikalen Windkanalanlage. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auch auf den Auswirkungen des Luftverkehrs, die die Zusammensetzung der Atmosph\u00e4re und die Eigenschaften der Wolken erheblich ver\u00e4ndern k\u00f6nnen. Sie werden durch einen integrierten Ansatz untersucht, der Flugzeug- und Satellitenbeobachtungen, Prozessstudien und Modellanwendungen miteinander verbindet. <\/p>\n\n\n\n

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Die zentralen Forschungsthemen der Gruppe von Peter Hoor beziehen sich auf Transport- und Mischungsprozesse, die die Tropopausenregion oder die au\u00dfertropische obere Troposph\u00e4re\/untere Stratosph\u00e4re (ExUTLS, siehe z.B. Gettelman et al., 2011) betreffen.<\/p>\n\n\n\n

Ver\u00e4nderungen der Verteilung von Spurengasen wie Wasserdampf, Ozon und ozonabbauenden Substanzen sowie d\u00fcnnen Zirruswolken in der oberen Troposph\u00e4re und unteren Stratosph\u00e4re (UTLS) haben einen starken Einfluss auf den Strahlungsantrieb des Erdklimas und die Oberfl\u00e4chentemperaturen (Solomon et al., 2010) und sind von zentraler Bedeutung f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis des Klimawandels (Hegglin und Shepherd, 2009; Riese et al., 2012). Transport und Vermischung in der au\u00dfertropischen oberen Troposph\u00e4re\/unteren Stratosph\u00e4re (ExUTLS) spielen eine Schl\u00fcsselrolle f\u00fcr das quantitative Verst\u00e4ndnis der Verteilung dieser strahlungsaktiven Arten (Riese et al., 2010). Die Bildung der extratropischen \u00dcbergangsschicht (ExTL) um die Tropopause, die chemische Eigenschaften sowohl der Stratosph\u00e4re als auch der Troposph\u00e4re aufweist (Hoor et. al, 2002, 2004; Pan et al., 2004), ist eine direkte Folge der zugrunde liegenden h\u00e4ufigen kleinr\u00e4umigen Mischungsprozesse. <\/p>\n\n\n\n

Die AG Hoor kombiniert luftgest\u00fctzte Messungen von Spurengasen mit Lagrangeschen Analysewerkzeugen und meteorologischen Analyse- und Reanalysedaten sowie mit Erdsystemmodellen, um<\/p>\n\n\n\n

1) die Prozesse an der Tropopause zu untersuchen, die zu einem Austausch \u00fcber die Tropopause f\u00fchren,<\/p>\n\n\n\n

2) Transportregime und die Quantifizierung der Zeitskalen des Transports in der UTLS-Region zu identifizieren und<\/p>\n\n\n\n

3) Transportwege in der Troposph\u00e4re zu bestimmen.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Die wissenschaftlichen Aktivit\u00e4ten zu diesen Themen sind auf verschiedene Arbeitsgruppen verteilt. Die Schl\u00fcsselfragen betreffen grundlegende physikalische und chemische Prozesse in Bezug auf atmosph\u00e4rische Aerosole, Wolken und gro\u00dfe Hydrometeore. Die experimentelle Forschung konzentriert sich auf Feldmessungen auf verschiedenen Plattformen. Dar\u00fcber hinaus werden detaillierte Laborstudien durchgef\u00fchrt, einschlie\u00dflich des Betriebs des einzigartigen Mainzer Vertikalwindkanals. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button>\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Flugzeuge, die in Reiseflugh\u00f6he operieren, sind die einzigen direkten anthropogenen Emissionsquellen in der Tropopausenregion in einer H\u00f6he von 8 bis 12 km. Der Luftverkehr tr\u00e4gt durch die Emission von Kohlendioxid, Stickoxiden, Aerosolen und insbesondere durch flugzeuginduzierte Wolkenver\u00e4nderungen erheblich zur globalen Erw\u00e4rmung bei. Gegenw\u00e4rtig behindern gro\u00dfe Unsicherheiten die angestrebte Reduzierung einzelner Klimaeffekte des Luftverkehrs. Wolken haben einen vielf\u00e4ltigen Einfluss auf die Atmosph\u00e4re. Sie beeinflussen den Strahlungshaushalt, nehmen am hydrologischen Kreislauf teil, bieten Orte f\u00fcr heterogene Reaktionen und transportieren und verteilen Spurengase. Insbesondere die Prozesse der Eisbildung, der Lebenszyklus der Wolken und die Auswirkungen auf das Klima sind noch nicht im Detail verstanden. <\/p>\n\n\n\n

Ziel der Gruppe ist es, die Auswirkungen von Wolken auf die Zusammensetzung der Atmosph\u00e4re und das Klima zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Flugzeugemissionen liegt. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, der Flugzeugmessungen, Satellitenbeobachtungen, Prozessstudien und globale Modellierung kombiniert.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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