Natürliche und anthropogene Staubquellen im Erdsystem

Wüstenstaub ist ein wichtiger Bestandteil in unserem Klimasystem, jedoch sind Schwankungen in seiner zeitlichen und räumlichen Verbreitung noch nicht ausreichend erforscht. Die Emission von Staubpartikeln als erstes Element des atmosphärischen Staubkreislaufs kann als ein Prozess an der Grenze zwischen Atmosphäre und Boden gesehen werden. Ein verfügbares und geeignetes Angebot an feinen Sedimentpartikeln muss vorhanden sein; gleichzeitig muss die Windgeschwindigkeit in Bodennähe ausreichend hoch sein, um Partikel in die untere Atmosphäre, die Grenzschicht, einzutragen. Es gibt also Orte, an denen die Staubemission auf Grund des Sedimentangebots limitiert ist, und Orte, an denen die Staubemission auf Grund zu geringer Windgeschwindigkeiten begrenzt ist.

Staubquellen und Staubemission stehen am Anfang des atmosphärischen Staub-Lebenszyklus. Als Ursprungsort der Staubpartikel in der Atmosphäre ist das Wissen wann-wo-wieviel Staub in die Atmosphäre eingetragen wird entscheidend für den anschließenden Transport von Staubwolken in entfernte Regionen. Auch die Abschätzung von Einflüssen des Staubes auf z.B. den Strahlungshaushalt der Atmosphäre oder den Nährstoffkreislauf basiert auf möglichst genauen Kenntnissen über den Staubgehalt in der Atmosphäre und seine raum-zeitliche Veränderung.

Um den atmosphärischen Staubkreislauf zu charakterisieren und so einen Beitrag zur Erforschung der raum-zeitlichen Schwankungen von Wüstenstaub zu leisten, untersuchen wir verschiedene Einflussfaktoren:

  1. Die Staubquelle an sich: Welche Bodeneigenschaften sind vorhanden und gibt es Veränderungen im Laufe der Zeit?
  2. Die Prozesse, die zum Staubeintrag in die Atmosphäre und die Ausbildung von Staubstürmen führen: Unter welchen meteorologischen Bedingungen (Wetter) ist die Windgeschwindigkeit ausreichend hoch um Bodenpartikel in die Luft zu heben und dort verweilen zu lassen?

Dust at the interface - modelling and remote sensing

Mit dem Projekt Dust at the interface - modelling and remote sensing (kurz: InterDust) leisten wir einen Beitrag zur Erforschung der raum-zeitlichen Schwankungen von Wüstenstaub. Zur Untersuchung des Wechselspiels von Boden und Atmosphäre werden Methoden der numerischen Modellierung und der Satellitenfernerkundung kombiniert. Das Projekt wird von der Leibniz-Gemeinschaft im Rahmen des SAW-Verfahrens für den Zeitraum 2015-2017 gefördert.

Das Projekt gliedert sich in vier Arbeitspakete bzw. Fragestellungen:

 

Wie gut sieht der Satellit den Wüstenstaub?

Dieses Arbeitspaket untersucht den Informationsgehalt sowie die Unsicherheiten des MSG SEVIRI IR Staubproduktes unter Berücksichtigung unterschiedlicher atmosphärischer Situationen und optischer Eigenschaften der Staubpartikel.

 

Menschlicher Einfluss auf Staubquellen

Die Untersuchung des Einflusses von Menschen auf die Staubemission ist die zentrale Fragestellung in diesem Arbeitspaket. Insbesondere die Rolle von anthropogener Landnutzung und Brandrodung wird betrachtet.

 

Staubemission in Trockentälern und Schwämmflächen

Alluviale Sedimente in Trockentälern und Schwämmflächen agieren häufig als Staubquelle in Nordafrika und unterliegen einer raum-zeitlichen Veränderung bezüglich ihre Erodierbarkeit. Interannuale Schwankungen der lokalen Staubemissionen sind häufig zu beobachten. Aufbauend auf einer Charakterisierung der zeitlichen Variabilität dieses Staubquelltyps soll die Darstellung im numerischen Modell verbessert werden.


Bewertung des Beitrags unterschiedlicher Staubquelltypen zur Staubemission in Nordafrika

Eine ganzheitliche und zusammenfassende Analyse der Beiträge alluvialer und anthropogener Staubquellen, zwei dominante Staubquelltypen in Nordafrika.

Ausgewählte Publikationen

Schepanski, K., C. Flamant, J.-P. Chaboureau, C. Kocha, J. R. Banks, H. E. Brindley, C. Lavaysse, F. Marnas, J. Pelon, and P. Tulet (2013), Characterization of dust emission from alluvial sources using aircraft observations and high-resolution modeling, J. Geophy. Res., 118, 7237-7259, doi:10.1002/jgrd.50538.

Tegen, I., K. Schepanski, and B. Heinold (2013), Comparing two years of Saharan dust source activation obtained by regional modelling and satellite observations, Atmos. Chem. Phys., 13, 2381-2390, doi:10.5194/acp-13-2381-2013.

Schepanski, K., T. J. Wright, and P. Knippertz (2012), Evidence for flash floods over deserts from loss of coherence in InSAR imagery, J. Geophys. Res., 117, D20101, doi:10.1029/2012JD017580.

Crouvi, O., K. Schepanski, R. Amit, A. Gillespie, and Y. Enzel (2012), Multiple dust sources in the Sahara Desert: The importance of sand dunes, Geophys. Res. Lett., 39, L13401, doi:10.1029/2012GL052145.

Schepanski, K., I. Tegen, and A. Macke (2012), Satellite based observations of Saharan dust source areas - Comparison and variability, Rem. Sens. Environ., 123, 90-97, doi: 10.1016/j.rse.2012.03.019.

Okin, G. S., J. E. Bullard, R. L. Reynolds, J.-A. C. Ballantine, K. Schepanski, M. C. Todd, J. Belnap, M. C. Baddock, T. E. Gill, and M. E. Miller (2011), Dust emissions: small-scale processes with global-scale consequences, EOS, Transactions American Geophysical Union, 92(29), 241-248, doi:10.1029/2011EO290001.

Schepanski, K., I. Tegen, M. C. Todd, B. Heinold, G. Bönisch, B. Laurent, and A. Macke (2009), Meteorological processes forcing Saharan dust emission inferred from MSG-SEVIRI observations of sub-daily dust source activation and numerical models, J. Geophys. Res., 114, D10201, doi:10.1029/2008JD010325.

Schepanski, K., I. Tegen, and A. Macke (2009), Saharan dust transport and deposition towards the tropical northern Atlantic, Atmos. Chem. Phys., 9, 1173-1189.

Schepanski, K., I. Tegen, B. Laurent, B. Heinold, and A. Macke (2007), A new Saharan dust source activation frequency map derived from MSG-SEVIRI IR-channels, Geophys. Res. Lett., 34, L18803, doi: 10.1029/2007GL030168.