Atmosphärenforscher untersuchen Klimawirkung von natürlichen Eiswolken und Kondensstreifen

Forschungsflugzeug HALO zu umfassender Wolken-Messkampagne gestartet

24.03.2014

Offene Fragen zur Bildung und Klimawirkung von Wolken schränken derzeit die Aussagekraft globaler Klimaprognosen massiv ein. Um die Klimawirkung natürlicher Eiswolken und der vom Luftverkehr erzeugten Kondensstreifen detailliert zu untersuchen, ist das Forschungsflugzeug HALO zum ersten von insgesamt zwölf Messflügen gestartet. Im Rahmen der Mission ML-CIRRUS (Mid-Latitude Cirrus) werden Eiswolken, sog. Zirren, in 8-14 Kilometern Höhe über Europa und dem Nordatlantik vermessen. Unter Federführung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) untersucht ein etwa 100-köpfiges Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verschiedener Atmosphärenforschungsinstitute die Bildung, den Lebenszyklus und die Klimawirkung der Zirren und Kondensstreifen-Zirren.

Die Wissenschaftler legen dabei ein besonderes Augenmerk auf die langlebigen Kondensstreifen-Zirren des Luftverkehrs. Inwieweit sich die Eigenschaften dieser künstlichen Wolken von den natürlichen Zirren unterscheiden, ist bislang ungeklärt. "Neue Erkenntnisse zeigen, dass die wärmende Klimawirkung von Kondensstreifen-Zirren möglicherweise stärker ist als die durch den Kohlendioxidausstoß des Luftverkehrs", erklärt Kampagnenleiterin Juniorprof. Dr. Christiane Voigt, Wissenschaftlerin am DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Lokal gibt es jedoch massive Unterschiede. "Mit HALO werden wir umfassende Messdaten sammeln, um Modellergebnisse besser zu untermauern und bestehende Unsicherheiten zu reduzieren", so Voigt weiter.

Eine innovative Instrumentierung unterstützt die Atmosphärenforscher an Bord von HALO bei ihrer Arbeit. "Seit mehreren Jahren haben wir in Vorbereitung für ML-CIRRUS neue Messmethoden entwickelt, um die Eigenschaften von Zirren und Kondensstreifen sehr genau zu erfassen", berichtet Dr. Andreas Minikin vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre, der gemeinsam mit Juniorprof. Dr. Christiane Voigt die Forschungskampagne leitet. "Aktuell fliegt HALO mit einer der modernsten Wolken-Instrumentierungen weltweit: Insgesamt sind das knapp drei Tonnen experimentelle Nutzlast." Die Ausrüstung des Forschungsflugzeugs umfasst neben dem Lidar, einem Laser-Experiment zur Fernerkundung von Wolken, neun verschiedene Wolkensonden, die direkt unter den Tragflächen montiert sind, sowie eine komplexe Aerosol-,Wasserdampf- und Spurengasinstrumentierung in der Kabine.

Dünne Zirren und Kondensstreifen können regelmäßig bei klarem Wetter am Himmel beobachtet werden: Sie legen sich wie ein wärmender Schal um die Erde. Wie stark die Erwärmung tatsächlich ausfällt, ist Gegenstand der aktuellen Forschung und hängt von vielen Parametern wie der Größe und Anzahl der Eiskristalle in den Wolken, der Höhe der Wolken und ihrer Lebensdauer ab. Außerdem beeinflusst die Form der Eispartikel ihre Strahlungswirkung. "Ein regelrechter Zoo von Säulchen, Plättchen und kompliziert verästelter Eiskristalle erwartet unsere Instrumente", so Voigt. Unter bestimmten Bedingungen können die Eiswolken sogar kühlen. Um diese vielseitigen Klimawirkungen von Zirren und Kondensstreifen besser zu verstehen, benötigen die Wissenschaftler genaue Daten über die Form und Größe der Eiskristalle, die von einem Tausendstel Millimeter bis zu mehreren Millimetern variiert. HALO verfügt daher über verschiedene, komplementäre Messinstrumente. Die gesammelten Wolkeninformationen fügen sich am Ende wie in einem Puzzle zu einem Gesamtbild. Im Anschluss an die Wolkenmessungen mit dem Forschungsflugzeug HALO vergleichen die Wissenschaftler die Ergebnisse mit Messreihen von Fernerkundungsstationen am Boden und überprüfen globale Satellitendaten. Die Messergebnisse dienen als Grundlage für detaillierte Prozessmodelle und somit der Verbesserung globaler Klimavorhersagen.

Die umfassende Wolken-Messkampagne deutscher Atmosphärenforscher wird unter Federführung des DLR gemeinsam mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Universität Leipzig, der Goethe-Universität in Frankfurt am Main, der Universität Heidelberg, der Ludwig-Maximilians-Universität München, dem Forschungszentrum Jülich, dem Karlsruher Institut für Technologie, dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), dem Max-Planck Institut für Chemie in Mainz und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, Schweiz, durchgeführt. Die DLR-Einrichtung Flugexperimente ist für den Betrieb des Forschungsflugzeugs HALO, einer umgebauten und stark modifizierten Gulfstream G550, verantwortlich. "HALO ist weltweit eines der modernsten Messflugzeuge in der Atmosphärenforschung", so der Leiter des DLR-Flugbetriebs, Oliver Brieger. "Bis 2018 sind mit HALO acht weitere große wissenschaftliche Missionen geplant."

Das Forschungsflugzeug HALO ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaats Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Deutschen GeoForschungsZentrums (GFZ), des Forschungszentrums Jülich und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).