Tropopause im Fokus der Atmosphärenphysik

Passagiere, die mit dem Flugzeug auf dem Weg über den Atlantik nach Amerika reisen, können sie bei bestimmten Wetterlagen erahnen: die Tropopause. Sie befindet sich in acht bis achtzehn Kilometer Höhe und ist eine Art Trennschicht zwischen der darunter­liegenden Troposphäre und der darüberliegenden Stratosphäre. Sie ist in unseren Breiten je nach Wetterlage im Höhenbereich von acht bis vierzehn Kilometer zu finden, in den Tropen etwa vier Kilometer höher. „Die Prozesse in der Tropopausen­region sind für das globale Klima sehr wichtig und daher im Fokus unserer Forschungen“, sagt Peter Hoor, Atmosphären­physiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Mit den komplexen Prozessen und Vorgängen, die in dieser Grenzschicht ablaufen, befasst sich eine internationale Konferenz, die diese Woche in Mainz stattfindet.

Die Troposphäre ist die Wetterschicht unserer Erde. Hier entstehen Wolken, Stürme und Wetter­systeme mischen diese Schicht kräftig durch und damit auch die Verschmutzungen und Belastungen, die durch menschliche Tätigkeiten auf der Erde entstehen. Die Tropopause wirkt wie eine unsichtbare Barriere, die diese Schicht nach oben abgrenzt. Fluggäste könnten die Tropopause daran erkennen, dass die Bewölkung oder dünne Eiswolken nur bis zu dieser Barriere reichen und darüber mit dem Eintritt in die Stratosphäre plötzlich klare Sicht herrscht. Die Strato­sphäre ist eine vergleichsweise ruhige, stabil geschichtete Region. Hier fängt das Ozon die gefährliche UV-Strahlung der Sonne ab, es gibt praktisch fast keinen Wasserdampf und daher keine Wetter­ereignisse wie etwa Regen, Gewitter oder Sturm. Welche Stoffe genau in die Strato­sphäre gelangen, das entscheidet sich auch an der Tropopause – die Schädigung der Ozonschicht durch Fluorchlor­kohlenwasserstoffe, die FCKWs, bis in die 1980er Jahre ist ein Beispiel dafür. 

„Für uns sind Änderungen der Lage und Struktur der Tropopause im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung des Klimas relevant: Lage, Temperatur­struktur, Zirkulation und Zusammensetzung beeinflussen sich wechsel­seitig“, bemerkt Hoor. Allerdings sind die Prozesse nicht einfach zu erfassen und auch schwierig in Klima­modellen abzubilden. Zur Erhebung von präzisen Messdaten werden Forschungs­flugzeuge benötigt, um zum Beispiel Ozon-, Wasserdampf- und Aerosol­verteilungen an der Tropopause zu kennen, die dann mit Modellen verglichen werden. Mit dem Forschungsflugzeug HALO konnte beispielsweise im vergangenen Jahr eine achtwöchige Messkampagne unter Leitung der JGU und des Forschungs­zentrums Jülich durchgeführt werden, um den Einfluss des asiatischen Sommermonsuns auf die Zusammensetzung der Tropopausen­region zu untersuchen. Und in einem Folgeprojekt wollen die beteiligten Partner die Verteilung von Wasserdampf an der Tropopause unabhängig vom Monsunsystem ermitteln.

Zu der Konferenz „TP-Challenges“ – TP steht hier für Tropopause – werden vom 11. bis 14. März 2024 etwa 120 Teilnehmerinnen und Teilnehmer in Mainz erwartet, darunter renommierte Experten auf dem Gebiet der Atmosphären­physik aus dem In- und Ausland. Zur Diskussion stehen ins­besondere aktuelle Fragen der Aerosolverteilung, Mikrophysik, Atmosphärendynamik und Zirkulation. Der Schwerpunkt der Tagung liegt auf Prozessen an der oberen Tropo­sphäre und unteren Stratosphäre und ihren Rück­kopplungen, wobei sowohl experimentelle Forschung als auch Theorie und Modellierung einbezogen werden. „Unser Ziel ist es, das Fachwissen zu tropopausen­relevanten Themen aus verschiedenen Forschungs­bereichen zusammenzubringen, um deren Bedeutung für die globale Atmosphäre zu diskutieren“, fasst Peter Hoor zusammen. 

JGU Mainz / JOL