Professur für Physische Geographie und Land-Atmosphären-Kopplung

Unsere Forschung: Land-Atmosphäre-Wechselwirkungen und ihre Bedeutung für Wetter und Klima

Atmosphärische Turbulenz und Wolken stehen in einem komplexen Wechselspiel mit der Bodenfeuchtigkeit und Vegetation. Durch vielfältige Rückkopplungsprozesse beeinflussen sie den Energie- und Wasserhaushalt an der Landoberfläche und prägen damit das Wetter und Klima in Bodennähe. Diese Wechselwirkungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Entwicklung extremer Wetter- und Klimaereignisse wie Hitzewellen, Starkniederschlägen und Dürren. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse ist entscheidend, um Wetter- und Klimaprognosen zu verbessern, Unsicherheiten in Klimaprojektionen zu reduzieren und wirksame Anpassungsstrategien an den Klimawandel zu entwickeln.

Unsere Forschungsgruppe untersucht, wie kleinräumige und schnell ablaufende atmosphärische Prozesse, wie Turbulenz und flache Kumuluswolken, die Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre auf regionaler Ebene beeinflussen. Dabei interessieren uns insbesondere die Rückkopplungen zwischen atmosphärischen Prozessen, Bodenfeuchtigkeit, Vegetation und Landnutzung. Im Mittelpunkt unserer Forschung stehen drei Schwerpunkte:

1) Wir entwickeln und untersuchen neue Ansätze, um mikrometeorologische Prozesse und ihre Wechselwirkungen mit der Landoberfläche realistischer in numerischen Modellen darzustellen.

2) Wir erforschen, wie Land-Atmosphäre-Wechselwirkungen und Rückkopplungen zur Entstehung systematischer Abweichungen bei Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Niederschlag beitragen und wie sich diese durch eine verbesserte Prozessdarstellung reduzieren lassen.

3) Wir untersuchen, wie Veränderungen der Landoberfläche atmosphärische Turbulenz, Kumuluswolken sowie den Energie- und Wasserhaushalt beeinflussen und welche Unsicherheiten mit diesen Auswirkungen verbunden sind.

Um diese Forschungsfragen zu beantworten, verbinden wir Feldbeobachtungen mit hochauflösender numerischer Modellierung des gekoppelten Land-Atmosphäre-Systems.
Ein zentrales Werkzeug unserer Forschung sind Großwirbelsimulationen (Large-Eddy Simulations, LES) in realitätsnahen Modellkonfigurationen. Diese ermöglichen es uns, atmosphärische Turbulenz und konvektive Wolken explizit aufzulösen und ihre Wechselwirkungen mit einer räumlich heterogenen Landoberfläche detailliert zu untersuchen. Dabei berücksichtigen wir insbesondere kleinräumige Unterschiede in Bodenfeuchtigkeit, Vegetation und Topographie.
Durch die Verbindung von Beobachtungen und Simulationen gewinnen wir neue Einblicke in die physikalischen Prozesse an der Schnittstelle zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Dieses Prozessverständnis nutzen wir, um die Darstellung von Land-Atmosphäre-Wechselwirkungen in Wetter- und Klimamodellen zu verbessern und Erkenntnisse von kleinen räumlichen und zeitlichen Skalen auf größere Skalen zu übertragen.
Unser übergeordnetes Ziel ist es, durch ein besseres Verständnis der Land-Atmosphäre-Wechselwirkungen zu zuverlässigeren Wettervorhersagen und Klimaprojektionen beizutragen, insbesondere im Hinblick auf extreme Wetter- und Klimaereignisse.

Forschungshighlights

Shallow cumulus cloud statistics and their dependence on soil moisture https://doi.org/10.1029/2025MS005543
The Reflectance Distribution of Shallow Cumulus and Its Environs From High Spatial Resolution ASTER Images https://doi.org/10.1029/2025JD045060
Where does numerical weather prediction meet large-eddy simulations? https://doi.org/10.1002/qj.70037
In Vorbereitung der Beobachtungskampagne VITAL II (2026): Modellierung der atmosphärischen Grenzschicht über Stadt-Land-Kontrasten https://doi.org/10.5281/zenodo.17424651
Transient darkening of low-level liquid clouds by the 2022 Hunga Lamb wave observed in GOES-R imagery, https://doi.org/10.1029/2025GL115935
https://www.nature.com/articles/d41586-025-02019-6