Daten für die Atmosphärenforschung

Zurzeit findet im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „TPChange - Die Tropopausenregion in einer Atmosphäre im Wandel“ eine umfangreiche Messkampagne über Mitteleuropa statt. Sie hat zum Ziel, durch flugzeuggetragene Messungen, Ballonsondierungen und mittels Drohnen sowie bodengestützten Messungen die Struktur und Zusammensetzung der Atmosphäre vom Boden bis zur Stratosphäre zu untersuchen.

Im Fokus steht dabei die Tropopause, eine Schicht, die in unseren Breiten im Höhenbereich zwischen acht und vierzehn Kilometern liegt. Sie stellt eine Transportbarriere zwischen der darunterliegenden Troposphäre und der darüberliegenden Stratosphäre dar, sodass starke Kontraste der atmosphärischen Zusammensetzung an der Tropopause herrschen. Unter bestimmten dynamischen Voraussetzungen kann allerdings diese Barriere überwunden und so die Zusammensetzung der Region unmittelbar um die Tropopause beeinflusst werden. Solche Vorgänge wirken sich zum Beispiel auf die Ozon- und Wasserdampfverteilung, auf Eiswolken sowie die Verteilung und Zusammensetzung von Aerosolen aus. Dies hat direkte Folgen für die Strahlungsbilanz des Systems Atmosphäre-Erde und letztlich das Erdklima.

Erstmals werden für TPEx Aerosole, Ozon und Wasserdampf mit einem neuartigen Messsystem untersucht, das eine gleichzeitige Messung dieser Größen in nur zweihundert Metern Höhenabstand ermöglicht. Dazu wird ein Flugzeug vom Typ Learjet eine Sensorikmessplattform im Schlepp hinter sich herziehen, die die gleichen Messinstrumente wie das Flugzeug trägt. „Damit können wir verschiedene atmosphärische Kenngrößen in bekanntem Abstand auf engem Raum messen“, sagt Peter Hoor vom Institut für Physik der Atmosphäre der Uni Mainz. „Daraus lassen sich beispielsweise Aussagen über die Höhenabhängigkeit von Mischungsprozessen ableiten oder die Stärke der Transportbarriere.“

Außer solchen Messungen direkt während des Fluges werden zum Beispiel auch Aerosolpartikelproben gesammelt und im Nachgang im Labor analysiert. Dies geschieht an der Uni Frankfurt und der TU Darmstadt, Weitere Partner in der Messkampagne TPEx sind das MPI für Chemie und das Forschungszentrum Jülich. Außerdem beteiligt ist die Firma Enviscope als Schnittstelle zwischen den wissenschaftlichen Anforderungen und der technischen Umsetzung am Learjet.

Der Learjet startet für TPEx vom Flugplatz Hohn in Schleswig-Holstein. Ausgehend von dort kann mit dem Messflugzeug der Luftraum in einem Gebiet zwischen Irland, Italien, Rumänien und Finnland in Höhenbereichen bis zu 12,5 Kilometer erreicht werden. Die Flugroute wird kurzfristig am Vortag anhand der aktuellen Wetterlage geplant. Hierbei kommen aufwändige Modellvorhersagen zum Einsatz, die neben der Struktur der Atmosphäre auch Dynamik, Luftmassenherkunft und Eiswolkenvorhersagen ermöglichen.

Besonders interessiert sind die Wissenschaftler an Überflügen im Raum Mittelhessen. Dort ist ein Team stationiert, das Ballon- und Drohnenmessungen sowie bodengestützte Messungen mit einem mobilen Labor durchführt und die Auswirkungen von Gewittern auf den Aufwärtstransport von möglicherweise verschmutzter Luft aus dem Rhein-Main-Gebiet an die Tropopause untersucht.

Die Verknüpfung dieser bodennah gewonnenen Messdaten mit den Ergebnissen aus dem Flugzeug kann Rückschlüsse auf die Rolle von Gewittern für den Vertikaltransport vom Boden an die Tropopause liefern. „Sollten während unserer Messkampagne Gewitter in der Region auftreten, so ist dies für Gartenfeste womöglich schade, für die Atmosphärenforschung aber in diesem Fall günstig“, so Peter Hoor, Leiter der Arbeitsgruppe Flugzeugmessungen und UTLS-Transportprozesse am Institut für Physik der Atmosphäre und Sprecher des Sonderforschungsbereichs/Transregio TPChange.

JGU / RK