Die Herausforderung dieses Themas besteht darin, die Darstellung des Lebenszyklus der Wolken, der Wechselwirkungen und der Chemie zwischen Aerosolen und Wolken, der vertikalen Struktur der Wolken und der Strahlungseigenschaften der verschiedenen Aerosol- und Wolkentypen zu verbessern, was die größte Unsicherheitsquelle in den heutigen Klimamodellen darstellt und eine wichtige Wissenslücke in der Erdsystem- und Klimawissenschaft und insbesondere im Strahlungshaushalt der Erde ist. Dies erfordert ein besseres Verständnis der Mehrfachstreuung von Strahlung innerhalb der dreidimensionalen Struktur von Wolken und der verschiedenen direkten und indirekten Auswirkungen von Aerosolen auf den Strahlungstransfer. Dies wird auch zu einem besseren Verständnis der Mechanismen führen, durch die Wolken und Aerosole die planetarische Albedo und den Strahlungshaushalt der Erde erheblich verändern. Die Wissenschaft der Wolkenbildung und ihrer Auswirkungen auf das Klima sollte durch eine integrierte Nutzung von In-situ- und Satellitenbeobachtungen in hochauflösenden Modellen, die realistische Wolkenstrukturen und ihre Strahlungseigenschaften reproduzieren, vorangetrieben werden.

Die Projekte sollten sich dieser Herausforderung stellen durch:

• Nutzung neuer und bestehender In-situ- und Satellitenmessungen, einschließlich Reanalysen, neuer Parameter wie der Wasserisotopenzusammensetzung und Laborexperimenten in Kombination mit neuen Analysemethoden, um das wissenschaftliche Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Wolken und Klima auf einer grundlegenden Ebene zu verbessern.
• Entwicklung neuartiger Beschreibungen grundlegender Aerosol- und Wolkenprozesse auf Untergitterebene in Erdsystemmodellen, um die Strahlungs- und Niederschlagseigenschaften verschiedener Aerosol- und Wolkentypen in den Modellen besser darzustellen.
• Verknüpfung von Aerosol- und Wolkenprozessen mit dem Wasserkreislauf und Förderung des Verständnisses ihrer Rolle für Verdunstung und Niederschlag in der Natur und in Modellen.
• Verbesserung der systematischen und koordinierten Erfassung und Nutzung von boden- oder flugzeuggestützten Beobachtungssystemen aus einschlägigen bestehenden Netzen (z. B. Earlinet, Aeronet, ACTRIS). Diese Datensätze werden auch für die Verbesserung von Satellitenabfragen und die Validierung von Wolken- und Aerosolparametern von entscheidender Bedeutung sein.
• Koordinierung mit der Satellitengemeinschaft, wo dies erforderlich ist, z. B. Metop-SG, insbesondere zur Unterstützung der Validierungsanforderungen neuer Missionen wie EarthCARE der ESA.
• Schaffung eines breiten Zugangs zu den Beobachtungsdaten, die in den Datenbanken der einschlägigen Messnetze (z. B. ACTRIS) erzeugt werden, im Laufe der Projekte.
• Beitrag zur Assimilierung von Wolkendaten in Klimamodellen auf der Grundlage der seit 40 Jahren verfügbaren Satellitendaten und anderer Mittel zur Wolkenbeobachtung.

Dieses Thema ist Teil einer Koordinierungsinitiative zwischen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Europäischen Kommission im Bereich der Erdsystemwissenschaften. Im Rahmen der EG-ESA-Initiative zu den Erdsystemwissenschaften wollen beide Institutionen ihre Bemühungen koordinieren, um ergänzende Kooperationsprojekte zu unterstützen, die auf Seiten der EG über Horizont Europa und auf Seiten der ESA über das ESA-Programm FutureEO als Teil des ESA Atmosphere Science Cluster und relevante ESA-Aktivitäten im Zusammenhang mit der Nutzung der EarthCARE-Mission finanziert werden.

Die Vorschläge sollten die Zusammenarbeit mit laufenden oder künftigen Projekten des ESA-Atmosphärenforschungsclusters ansprechen, einschließlich solcher, die über spezielle koordinierte Ausschreibungen finanziert werden, und sollten zu diesem Zweck ausreichende Mittel und Ressourcen für eine wirksame Koordinierung vorsehen.

Wenn es um Modelle geht, sollten die Maßnahmen die höchsten Standards der Transparenz und Offenheit fördern, die so weit wie möglich über die Dokumentation hinausgehen und sich auf Aspekte wie Annahmen, Code und Daten erstrecken, die im Einklang mit den FAIR-Grundsätzen verwaltet werden. Darüber hinaus wird erwartet, dass alle neuen Module, Modelle oder Instrumente, die von Grund auf entwickelt oder mit Hilfe von EU-Mitteln wesentlich verbessert wurden, vollständig offengelegt werden. Die Projekte sollten während ihrer Laufzeit einschlägige Aktivitäten und Initiativen zur Gewährleistung und Verbesserung der Qualität von wissenschaftlicher Software und wissenschaftlichem Code berücksichtigen, z. B. solche, die sich aus Projekten ergeben, die im Rahmen des Themas HORIZON-INFRA-2023-EOSC-01-02 zur Entwicklung gemeinschaftsbasierter Ansätze finanziert werden.

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Es wird erwartet, dass diese Tätigkeit unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Wolken und Aerosolen und ihrer Auswirkungen auf das Erdsystem verbessert und die Entwicklung fortschrittlicher Algorithmen sowie hochauflösender Modelle zur besseren Reproduktion realistischer Wolkenphasen und -strukturen, ihrer Wechselwirkungen mit verschiedenen Arten von Aerosolen und ihrer Strahlungsauswirkungen umfasst.

Von den Projektergebnissen wird erwartet, dass sie zu allen folgenden Ergebnissen beitragen:

• Verstärkte Bemühungen einer großen Gemeinschaft in Europa, die neuesten Fortschritte in Wissenschaft, Modellierung, In-situ-, bodengestützter, ozeanischer und luftgestützter Fernerkundung sowie Satellitenbeobachtungen zusammenzuführen, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wolken und Aerosolen zu untersuchen.
• Verbesserte Erdsystemmodelle und bessere langfristige Klimaprojektionen und/oder Klimavorhersagen, insbesondere auf saisonalen und dekadischen Zeitskalen.
• Besseres Verständnis konvektiver Systeme, das zu besseren Vorhersagen von Extremereignissen führt.
• Verringerung der Unsicherheiten in Klimamodellen durch eine bessere Darstellung der Wolkenbildung, der Aerosol-Wolken-Wechselwirkung und ihrer kombinierten Strahlungseigenschaften.
• Nutzung und Assimilation von Aerosol- und Wolkenprodukten neuartiger Satelliten (z. B. Earth CARE, MetOp-SG) zur Verbesserung und Validierung von Klimamodellen und/oder Wettervorhersagen.
• Beitrag zu den IPCC-Bewertungen und anderen Ergebnissen durch Behebung dieser großen Wissenslücke im Erdsystem und einer wichtigen Quelle der Unsicherheit in Klimamodellen.

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