HALO flog von Shannon in die Troposphäre

Die Messkampagne liefert neue Erkenntnisse über Ursprung, Verteilung und Lebensdauer der Spurenstoffe an der klimasensitiven Grenze dieser atmosphärischen Schichten. Das nationale Verbundprojekt WISE ermöglicht die Präzisierung heutiger Klimamodelle.

Wo Wetterzutaten vermengt werden

Tropenstürme und Hurrikans über dem West-Atlantik, Frontensysteme oder der asiatische Monsun leisten einen sehr effektiven Transport von klimarelevanten Spurenstoffen von nahe des Bodens in höher gelegene Luftschichten. Die mit Wasserdampf und anderen Spurenstoffen angereicherten Luftmassen werden dann mit dem sogenannten Jetstream, lange und schnelle Winde welche sich auch Flugzeuge zu Nutze machen, nach Europa transportiert und dabei vermischt, sodass die Auswirkungen dieser Wetterphänomene auch bei uns messbar werden.

Das Forschungsflugzeug HALO ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Das DLR ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs. Das Forschungsflugzeug HALO zeichnet sich durch besondere Reichweite und Flughöhe aus. Durch die Messungen hat bekommen Forscher ein deutlich genaueres Bild, wie sich die Spurenstoffe über dem nördlichen Atlantik verteilen und wie Wolken die Stabilität der Atmosphärenschichten und damit die Verteilung der Spurengase beeinflussen.

Für die Messungen flog das vom DLR betriebene Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Aircraft) insgesamt 17 Mal über dem Atlantik. Die Flüge dauerten in der Regel neun bis zehn Stunden und führten über dem Ozean weit hinaus. In 13 bis 14 Kilometern Höhe flog HALO dabei meist in enger Abstimmung mit der Flugsicherung über dem transatlantischen Flugverkehr.

Spurengase beheizen die Kältezone

Die aktuelle Messkampagne bestätigte die Erkenntnisse des Jülicher Koordinators der Forschungskampagne Prof. Martin Riese, dass sich Konzentrationsänderungen der Treibhausgase Wasserdampf und Ozon im relativ kalten Bereich der Atmosphäre zwischen etwa fünf und 20 Kilometern über dem Meeresspiegel besonders stark auf die Temperatur am Boden auswirken. Gerade im sehr kalten Grenzbereich zwischen der Troposphäre und der darüber liegenden Stratosphäre beeinflussen Spurengas-Änderungen unser Klima damit signifikant.

Die wichtigen Treibhausgase Wasserdampf und Ozon konnten dabei erstmals gleichzeitig mit dem vom DLR entwickelten Differentiellen Absorptions Lidar (DIAL) mit sehr hoher Genauigkeit und großer Abdeckung vermessen werden. Darüber hinaus liefert es auch Informationen über Eigenschaften von hohen Eiswolken und deren Einfluss auf die Austauschprozesse in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre.

Stickoxidwerte unter der Lupe

Auch die Beobachtung von Stickoxiden in dieser atmosphärischen Grenzregion ist von besonderem Interesse, um die Dynamik der Austauschprozesse zwischen den Atmosphärenschichten zu erkennen. Seit über 20 Jahren werden die Konzentrationen der reaktiven Stickoxidverbindungen in der Atmosphäre mit sehr hoher Genauigkeit vermessen. HALO führte nun ein nochmals verbessertes Instrument mit.

Die atmosphärische Konzentration der Stickoxide wird durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Quellen bestimmt. In der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre ist neben Blitzen und Luftverkehrsemissionen die Stratosphäre selbst die größte lokale Quelle für die langlebigen Stickoxidverbindungen. Hinzu kommen natürlich auch die Stickoxide, die vom Boden nach oben transportiert werden. Daher eignet sich die Messung von Stickoxiden besonders gut als Marker zur Charakterisierung des Austausches der Luftmassen zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre.

Die Mischung macht‘s – und Eiswolken

Die Verteilung der Spurenstoffe wird über Europa durch den interkontinentalen Transport von Luftmassen aus Asien und Amerika stark verändert. Zum Nachweis von Luft aus asiatischen oder amerikanischen Regionen nutzen die Forscher das Massenspektrometer AIMS. Mit dem Messinstrument können Schwefelverbindungen und andere säurehaltige Spurenstoffe in sehr geringen Konzentrationen hochaufgelöst nachgewiesen werden, um auf die Herkunft der Luft zu schließen. Die Frage der Forscher ist, welche meteorologischen Situationen die Zusammensetzung der Luftmassen über Europa besonders stark beeinflussen und welche Prozesse die Durchmischung von Luftmassen verstärken.

Denn erst durch Mischung verändert sich die Zusammensetzung der Luft in der klimasensitiven oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre langfristig. Auch soll der Einfluss von Eiswolken auf diese atmosphärische Schicht untersucht werden. Mit HALO konnte bereits früher gezeigt werden, dass Eiswolken direkt den Strahlungshaushalt der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre und somit das Klima verändern. Bei WISE wurde nun von den Wissenschaftlern ergänzend erforscht, in welchem Ausmaß die Eiswolken auch den Transport und die Vermischung in dieser klimasensitiven atmosphärischen Schicht verändern können.

Auf den Bildern

Blick auf Eiswolken während des Fluges: Eiswolken haben möglicherweise einen Einfluss auf Austausch-Prozesse zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre.

Forschungsflugzeug HALO: Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Aircraft) zeichnet sich durch eine besondere Reichweite und Flughöhe aus.

Forschungsflugzeug HALO am Flughafen Shannon/Irland: Vom Flughafen Shannon/Irland flog das Forschungsflugzeug HALO im Oktober 2017 insgesamt 17 Mal hinaus auf den Atlantik.

Lidar-Messgerät an Bord von HALO: Das laserbasierte Lidar-Messinstrument auf HALO misst hochgenau die Verteilung der Treibhausgase Wasserdampf und Ozon in der Atmosphäre.

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