Dietrich Althausen, Michael Jähn, Albert Ansmann, Rodanthi-Elisavet Mamouri, Moritz Haarig (v.l.n.r.). Foto: Michael Jähn/TROPOS
50 Jahre Forschung zu Sahara-Staub auf Barbados
(16. Oktober 2015)
Vor einem halben Jahrhundert wurde der Staub über Barbados erstmals als Saharastaub identifiziert. Für die kleine Insel am östlichen Rand der Karibik ein historischer Moment. Diese Entdeckung erregte die Aufmerksamkeit der internationalen Atmosphärenforschung und ist auch heute noch relevant. Deshalb untersucht die Wissenschaft weiterhin die Herausforderungen, die der Sahara-Staub für die menschliche Gesundheit, die Umwelt und das Klima mit sich bringt. Eine Reihe von Forschungsinstituten widmet sich inzwischen diese Fragen.
Mitte Oktober feierte daher das Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH) auf Barbados dieses Jubiläum mit einem Kolloquium. TROPOS war dabei durch Dr. Albert Ansmann vertreten, der seit vielen Jahren zum Staub in der Atmosphäre forscht und zuletzt die Fernerkundung beim Projekt SALTRACE koordiniert hat.
Links:
Pressemitteilung des CIMH (auf Englisch): http://www.cimh.edu.bb/pdf/Release_Ragged%20Point%20Symposium_Oct12_Final.pdf
Videos vom Kolloqium „Celebrating 50 Years of Sahara Dust Research on Barbados“: https://www.youtube.com/watch?v=LxjWCQLX-m8
Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH): http://www.cimh.edu.bb/
Messkampagne SALTRACE 2013: http://www.pa.op.dlr.de/saltrace/index.html
SALTRACE 2013/2014
SALTRACE-3, Barbados, 19. Juni – 17. Juli 2014
Mit der dritten Auflage von SALTRACE (Saharan Aerosol Long-range Transport and Aerosol-Cloud-Interaction Experiment) sammelt das TROPOS weitere Messdaten zur Charakterisierung von Mineralstaub, welcher durch Ferntransport von der Sahara bis hin in die Karibik gelangt. Vor allem gilt es zu untersuchen, wie sich der Mineralstaub auf der über 5000 km langen Reise hinsichtlich seiner Größenverteilung verändert und dadurch den Strahlungshaushalt beeinflusst. Verbunden mit SALTRACE-3 sind das abgeschlossene Projekt SAMUM (Saharan Mineral Dust Experiment) und die erste Sommerkampagne SALTRACE-1 sowie SALTRACE-2 im Februar 2014.
„Während der Winterkampagne SALTRACE-2 konnten sowohl reine marine Aerosolschichten als auch Saharastaubschichten (inklusive Spuren von Partikeln aus Biomasseverbrennung) festgestellt werden, wohingegen man im Sommer 2013 fast ausschließlich ‚Staubtage’ zu verzeichnen hatte. Die aktuelle SALTRACE-3-Kampagne ermöglicht uns, eine größere Anzahl an Fallstudien zu sammeln, so dass damit auch eine bessere statistische Auswertung möglich ist“, erklärt Dr. Albert Ansmann, Sprecher des SALTRACE-Konsortiums.
SALTRACE-3 ist nun mittlerweile schon zweieinhalb Wochen alt. Nach einer um einen Tag verspäteten Anreise und den obligatorischen Vorbereitungen fand am 19. Juni die erste Messung mit dem TROPOS-eigenen BERTHA-Lidar statt. Mehrmals täglich durchgeführte Radiosondenaufstiege geben Aufschluss über Vertikalprofile von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windverhältnisse. Zum TROPOS-Team (Albert Ansmann, Dietrich Althausen, Moritz Haarig) dazu gestoßen ist am 20. Juni Rodanthi-Elisavet Mamouri von der Technischen Universität Zypern (Cyprus University of Technology, CUT). Mamouri beschäftigt sich mit der Variabilität von Aerosolen und Luftverschmutzung in der östlichen Mittelmeerregion mithilfe der Lidar-Messtechnik.
Die "weiße Sonne" - ein Indikator für vorhandene Staubschichten in der Troposphäre. Im Vordergrund: Sonnenphotometer. Foto: Michael Jähn/TROPOS
Der zwischenzeitliche Ausfall eines Lasers brachte die Wissenschaftler nicht aus der Ruhe. So schaffte es Dietrich Althausen innerhalb weniger Tage, den Fehler ausfindig zu machen und eine provisorische Lösung für den weiteren Verlauf des Messbetriebs zu finden. Außerdem hätten während der Zeit des Ausfalls kaum Lidar-Messungen stattfinden können, da sich eine kleine Regenperiode abzeichnete. In den Folgetagen konnten dann wieder durchgängig Staubschichten erfasst werden.
Moritz Haarig bereitet die Lidar-Messung vor. Foto: Michael Jähn/TROPOS
Am 3. Juli wurde die SALTRACE-Crew durch Michael Jähn erweitert. Jähn untersucht im Rahmen seiner Doktorarbeit Inseleffekte in der Passatwindzone am Beispiel von Barbados. Dafür führt er Large-Eddy-Simulationen (LES) durch und kann die gesammelten Beobachtungsdaten sowohl zum Antrieb des Modells als auch für Vergleichsstudien nutzen.
Michael Jähn und Albert Ansmann beim Radiosondenaufstieg. Foto: Michael Jähn/TROPOS
Die längste Lidar-Messung fand in der Nacht vom 5. auf den 6. Juli statt. Grund dafür war der Überflug des CALIPSO-Erdbeobachtungssatelliten, welcher gegen 1 Uhr nachts Messdaten für die Region nahe Barbados gewinnt. Für die Folgetage bis zum 12. Juli wird wieder der „normale“ Messbetrieb angestrebt, mit jeweils einer Messsession am Vormittag und abends. Ab dem 13. Juli steht der Abbau der Container, inklusive des gesamten Messequipments und des Zeltes auf dem Programm. Die Geräte werden sich dann wieder auf den Weg zurück in das 7600 km entfernte TROPOS begeben.
Saharastaub-Messkampagne SALTRACE 2014 auf Barbados. Foto: Michael Jähn/TROPOS
SALTRACE 2013
SALTRACE setzt die erfolgreiche Grundlagenforsschung fort, die von 2004 bis 2011 unter dem Projekt SAMUN (Saharan Mineral Dust Experiment) von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und vom TROPOS koordiniert worden ist. Im Gegensatz zu den früheren Feldkampagnen liegt der Schwerpunkt jetzt auf dem gealterten Staub, um herauszufinden, wie sich die Strahlungs- und Klimaeigenschaften des Staubes auf dem Weg durch die Atmosphäre verändern.Im Gegensatz zu den Fortschritten, die in den letzten Jahrzehnten in der Klimaforschung gemacht worden, sind viele Fragen zu den Auswirkungen des Mineralstaubes immer noch offen. Im Sommer 2013 fanden daher umfangreiche Messungen auf und über Barbados statt. Die Insel am Rand der Karibik wurde für die Untersuchungen ausgewählt, da sie am Ende des atlantisches „Staubkorridores“ liegt und bereits Erfahrungen aus anderen Messkampagnen dort bestehen. Charakteristisch für Barbados sind die gleichmäßigen Passatwinde aus Richtung Afrika. Weil die Insel die östlichste der Karibischen Inseln ist und die Luft vom Atlantik kommt, gibt es hier – abgesehen von Schiffen und Flugzeugen – über Tausende von Kilometern praktisch keine von Menschen verursachte Luftverunreinigungen und damit auch keine anthropogenen Aerosolpartikel, die die Messungen verfälschen könnten.
Quelle: Bernadette Weinzierl/DLR
Am Boden
Radiosondenaufstieg, Quelle: Bernadette Weinzierl/DLR
Die Initiative SALTRACE kombinierte nun Boden- und Flugzeugmessungen mit Langzeitbeobachtungen, Modellierungen und Satellitendaten. „Wir wollen so unter anderen herausfinden, wie sich die Eigenschaften des Staubes auf dem Weg über den Atlantik verändern und welche Auswirkungen dies auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre und die Wolkenbildung hat“, fasst Dr. Albert Ansmann vom TROPOS zusammen, der die Idee zu SALTRACE hatte. Für uns als Forscher war der Tropensturm Chantal, der am 9. Juli haarscharf nördlich an Barbados vorbeizog, das Sahnehäubchen auf unseren Messungen. Wir haben dessen Auswirkungen auf den Wuestenstaub haarklein vermessen und so gut wie überhaupt keinen Staub in etwa 200 km Umfeld um den aktiven Kern gefunden", so Albert Ansmann, der sich von der Auswertung der Daten neue Erkenntnisse über die Entstehung von Hurrikans erhofft. "Es ist denkbar, dass Wüstenstaub die Wolkenbildung nur am Anfang beeinflusst. Wenn aber ein solcher Wirbelsturm erst einmal so richtig auf Touren gekommen ist, befreit es sich vom Staub, in dem er diesen auswäscht. Danach, also in der Phase vom Sturm zum Hurricane, spielt der Staub wohl keine Rolle mehr. Das Zentrum lebt dann nur noch von der Energie des warmen Wassers und dem marinen Aerosol. Das aktive Zentrum lässt keinen Staub mehr an sich ran", fasst Ansmann die neue Theorie zusammen.
In der Luft
Falke auf der Staub-Jagd Vom 10. Juni bis zum 14. Juli 2013 hat die Falcon, eines der Forschungsflugzeuge des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), Messungen auf den Kapverden und in der Karibik durchgeführt. Über Barbados hat die Falcon für knapp vier Wochen die Eigenschaften des gealterten Saharastaubes in der Karibik untersucht. Während SALTRACE, war das Forschungsflugzeug umfangreich mit Messinstrumenten ausgestattet: Aerosol-Messinstrumente konnten Partikelgrößen von 4 Nanometer bis 100 Mikrometer direkt in der Staubschicht – also in-situ - messen. Außerdem wurde die chemische Zusammensetzung, Form, Flüchtigkeit, die Absorptionseigenschaften der Partikel sowie die Anzahl der Wolkenkondensationskeime gemessen. Darüber hinaus lieferte ein 2-µm-Doppler Windlidar Messungen der vertikalen und horizontalen Windgeschwindigkeit und gab einen Einblick in die Struktur und die vertikale Ausdehnung der Staub-Schichten.
DLR-Forschungsflugzeug Falcon, Quelle: Bernadette Weinzierl/DLR