Tropische Wolkenforschung im Visier

Welche Wirkung haben tropische Wolken auf unser Klima? Wärmen oder kühlen sie die Atmo­sphäre? Welche Faktoren beein­flussen sie? Selbst aktuellste Modelle erfassen die Klima­größe Wolke bislang nicht voll­ständig. Um diese Fragen zu erfor­schen, ging es für Wissen­schaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raum­fahrt zusammen mit Partnern anderer For­schungs­­ein­­rich­­tungen in die Karibik. Am 8. August startete das vom DLR betriebene Forschungs­flug­zeug HALO mit einem direkten Forschungs- und Trans­fer­flug vom baye­rischen Ober­pfaffen­hofen ins 7500 Kilo­meter ent­fernte tropische Barbados die Kampagne „Next Gene­ration Air­craft Remote-sensing for Vali­dation“ NARVAL II. Die wissen­schaft­liche Leitung der Mess­flüge liegt beim MPI für Meteo­ro­logie.

Ziel der Kampagne ist es, die Zusammenhänge von Wolken, Luft­zirku­la­tion und Klima über dem tropischen Ozean besser zu verstehen. Denn mit detail­lier­teren Infor­ma­tionen über die Beschaf­fen­heit der Bewöl­kung und all ihren Bestand­teilen können Klima­modelle vali­diert und ver­feinert werden. Ein komplexes Feld, denn die Wolken in dieser Passat­region bedecken einen großen Teil der Erde und bestimmen dadurch maß­geb­lich, wie stark die Atmo­sphäre die Klima­er­wärmung durch geän­derte Wolken­bildung ab­mil­dern kann.

Mit Feldstudien südöstlich von Barbados werden nun vorab erstellte Hypo­thesen getestet, die sich mit den Konvek­tions­pro­zessen von Wolken beschäf­tigen. Die Forscher über­prüfen nun, welche Mecha­nismen am Boden und in der Atmo­sphäre auf die Zirku­la­tion von Luft wirken. Gleich­zeitig prüfen sie, zu welcher Bewöl­kung diese Prozesse führen. Dazu erfor­schen sie unter anderem die Größe der Eis­par­tikel und Wasser­tröpf­chen in den Wolken. Besonders inte­res­sant ist dabei die Eis-Phase im Lebens­zyklus von Cumulus-Wolken, der ein großer Effekt auf das Klima zuge­sprochen wird, denn gerade hoch­reichende Eis­wolken haben einen anderen Klima­effekt als flächen­decken­dere in niedrigerer Bewölkung.

Im Fokus steht dabei, welchen Effekt eine sich abkühlende Atmo­sphäre auf Luft­schichten hat, die sich in den Tropen zu riesigen Wolken­clustern auf­türmen. Dazu wurden aus HALO zahl­reiche Drop-Sonden abge­worfen. Drop-Sonden sind Mess­geräte, die vom Flug­zeug aus an einem Fall­schirm zu Boden gleiten und auf ihrem Weg nach unten Daten sammeln über Druck, Tempe­ratur und Feuchte der durch­querten Luft. So kann ein großes Gebiet zusammen­hängend erfasst werden. Insbe­sondere die verti­kale Bewe­gung der Konvek­tion und ihr Wärme- und Feuchte­haus­halt kann so auf einer Skala von einigen Hundert Kilo­metern und über mehrere Stunden erfasst werden. Ergänzt werden die Mess­flüge mit HALO durch statio­näre Messungen am Wolken­obser­va­torium des MPI für Meteo­ro­logie auf Barbados und durch Satel­liten­daten.

HALO fliegt zwei verschiedene Flugmanöver: Um die entstehenden Wolken­cluster zu unter­suchen, fliegen die Piloten in Kreisen um den Wolken­turm herum, um ihn mög­lichst ganz­heit­lich während seines Ent­stehungs­pro­zesses zu erfassen. Diese Flüge finden in der Tropo­sphäre statt, in einer Höhe von etwa zehn Kilo­metern. Im zweiten Manöver messen die Forscher die Ent­wick­lung der hoch­rei­chenden Kon­vek­tions-Luft­massen in einem größeren Bereich. Dazu fliegt HALO gleich­mäßige, neben­ein­ander­liegende Bahnen in deutl­ich höheren Schichten der Atmo­sphäre. Besonders interes­sierte die Forscher, ab welcher Höhe die Wasser­tröpf­chen auf­stei­gender Wolken zu ge­frieren be­ginnen. Mittels Radar und weiterer Methoden nahmen sie die Eis­partikel ins Visier. Erste Ana­lysen deuten darauf hin, dass die Eis­bildung weit tiefer in der Tropo­sphäre beginnt als bisher ver­mutet. Insge­samt tragen die Ergeb­nisse zu präzi­seren Klima­modellen und einem besseren Ver­ständ­nis der tro­pischen Wolken­zirku­la­tion bei.

DLR / RK