Unterwegs für PHILEAS: Forschungsflugzeug HALO untersucht den Transport von Treibhausgasen und Aerosolen über dem Pazifik
Leipzig,
07.08.2023
Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Oberpfaffenhofen/Anchorage. Extreme Regenfälle des asiatischen Monsuns sorgen in Südostasien immer wieder für katastrophale Zerstörungen. Doch die Auswirkungen dieses großräumigen Wettersystems reichen weit über den indischen Subkontinent hinaus – etwa durch den Transport stark verschmutzter Luftmassen aus der bodennahen Atmosphäre in Südostasien bis in die untere Stratosphäre über Europa. Diesen Transport untersucht ein Team von Atmosphärenforscher*innen in den nächsten zwei Monaten im Rahmen der Messkampagne PHILEAS (Probing High Latitude Export of Air from the Asian Summer Monsoon). Unter Leitung des Forschungszentrums Jülich und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) werden seit Sonntag von Oberpfaffenhofen, Bayern, und in zwei Wochen von Anchorage, Alaska, für insgesamt etwa zwei Monate Messflüge mit dem bis in 15 Kilometer Höhe aufsteigenden Forschungsflugzeug HALO durchgeführt Sie sollen Aufschluss über Transport- und Mischungsvorgänge in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre geben, die das globale Klima und Wetter beeinflussen.
Aus Leipzig ist eine Arbeitsgruppe des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und der Universität Leipzig mit einem Gerät dabei: “Wir unterstützen die Kampagne durch das Messen von physikalischen Eigenschaften der Aerosole wie z. B. der Aerosolanzahlkonzentration und der Größenverteilung vom Nukleationsmodus bis zum Grobmodus. Dies ist wichtig, um die Partikelquelle, das Alter und die Auswirkungen zu verstehen”, erklärt Prof. Mira Pöhlker vom TROPOS und der Uni Leipzig.
Während der Sommermonate beeinflusst der asiatische Monsun die Verteilung von Aerosolen und Treibhausgasen auf der gesamten Nordhalbkugel. Durch seine großräumige Konvektion transportiert er Luft aus der verschmutzten bodennahen Grenzschicht in Südostasien bis in ca. 16 Kilometer Höhe. Dort sammelt sich die verschmutzte Luft in der sogenannten Monsun-Antizyklone – einem riesigen Hochdruckgebiet in der oberen Troposphäre. Die Monsun-Antizyklone erstreckt sich zeitweise von der arabischen Halbinsel bis zur asiatischen Pazifikküste. Von diesem Hochdruckgebiet spalten sich im Lauf des Sommers und im Frühherbst immer wieder Luftwirbel mit verschmutzter Luft ab, das heißt mit erhöhten Konzentrationen an Treibhausgasen und Aerosolen. Diese Wirbel wandern dann Richtung Nordosten über den Pazifik und werden schließlich in die untere Stratosphäre eingemischt. Neben den Verschmutzungen wird bei diesen Prozessen auch Wasserdampf in die untere Stratosphäre transportiert, der speziell in dieser Höhenregion klimarelevant ist.
„In der ersten Phase von PHILEAS soll die verschmutzte Luft in der Monsun-Antizyklone durch Messflüge von Oberpfaffenhofen in Richtung arabischer Halbinsel untersucht werden. Der Transport der verschmutzten Luftwirbel über den Pazifik nach hohen Breiten und das Mischen in die untere Stratosphäre werden in einer zweiten Kampagnenphase durch Messflüge von Anchorage aus untersucht“, so Prof. Dr. Martin Riese, Direktor des Jülicher Instituts für Stratosphäre. Um den großräumigen Einfluss der Transport- und Mischungsvorgänge auf die Hintergrundatmosphäre bei hohen Breiten in Verbindung bringen zu können, endet PHILEAS mit einer Messphase von Oberpfaffenhofen aus Anfang Oktober. Aus dem Vergleich mit der frühen Phase lässt sich der Einfluss des Monsunsystems auf die untere Stratosphäre über Europa ableiten. Dafür gibt es aus früheren HALO-Expeditionen schon deutliche Hinweise.
„Neben dem Ferntransport aus der Monsunregion ist die Untersuchung der verheerenden Waldbrände in Kanada ein weiteres Ziel der Messungen. Die Brände haben auch einen Einfluss auf die Stratosphäre: Die Feuer können heftige Konvektion auslösen und Aerosole und Verschmutzung sogar in Höhen von zwölf Kilometern oder höher eintragen. Durch die neuartige Nutzlast bei PHILEAS haben wir die Chance, den Einfluss solcher Rauchfahnen auf die Zusammensetzung dieser Höhenregion und deren Entwicklung zu untersuchen“, erläutert Prof. Dr. Peter Hoor, Leiter der Gruppe für Flugzeugmessungen am Mainzer Institut für Physik der Atmosphäre. Die PHILEAS-Daten sind auch ein zentrales Element für Transport- und Aerosolstudien im Rahmen des SFB/Transregio 301 „TPChange“, der von Peter Hoor an der JGU geleitet wird.
Bei den Messflügen werden speziell entwickelte Geräte eingesetzt, die innovative Fernerkundungsmethoden mit hochgenauen lokalen Messungen am Flugzeug kombinieren. Wichtige Schadstoffmarker werden von der Arbeitsgruppe Hoor gemessen, wie zum Beispiel Kohlenmonoxid, Methan und Ethan, die verwendet werden können, um unterschiedliche Schadstoffquellen zu identifizieren. Die Aerosolzusammensetzung wird mit dem neuartigen ERICA-Instrument gemessen, das gemeinsam vom Max-Planck-Institut für Chemie und der JGU entwickelt wurde. Um die Messflüge optimal an die meteorologische Situation anzupassen, sind auch Atmosphärenmodellierer*innen des Forschungszentrums vor Ort und nutzen hierzu Vorhersagen des Jülicher Atmosphärenmodells CLaMS. Ein zentrales Messgerät an Bord von HALO ist das Infrarotspektrometer GLORIA, das Wissenschaftler*innen der Stratosphärenforschung und Ingenieur*innen des Zentralinstituts für Engineering, Elektronik und Analytik in Jülich gemeinsam mit Kolleg*innen des Karlsruher Instituts für Technologie entwickelt und gebaut haben. Das Instrument erlaubt erstmals eine dreidimensionale tomographische Vermessung von Temperatur, Wolkenparametern und einer Vielzahl von Spurengasen in der Atmosphäre.
Die Partner
Partner im PHILEAS-Projekt sind neben dem Forschungszentrum Jülich und der Universität Mainz das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig (TROPOS), das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz sowie die Universitäten Frankfurt und Wuppertal. Die wissenschaftlichen Flüge werden von einem ca. 70 Personen starken Team unterstützt.
HALO
Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) 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 Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Forschungszentrums Jülich (FZJ) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das DLR ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs.
Medien-Kontakte:
Prof. Dr. Peter Hoor
Flugzeugmessungen und UTLS Transportprozesse
Institut für Physik der Atmosphäre
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-22863
E-Mail:
hoor[at]uni-mainz.de
utls.ipa.uni-mainz.de/univ-prof-dr-peter-hoor/
Prof. Dr. Martin Riese
Institute of Energy and Climate Research (IEK)
Forschungszentrum Jülich GmbH
52428 Jülich
Tel. +49 2461 61-2065
E-Mail: m.riese[at]fz-juelich.de
https://www.fz-juelich.de/profile/riese_m
Prof. Dr. Mira Pöhlker
Abteilung Atmosphärische Mikrophysik
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) und Universität Leipzig
04318 Leipzig
Tel. +49 341 2717-7431
E-Mail: mira.poehlker[at]tropos.de
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/mira-poehlker
Links:
HALO-Mission PHILEAS (Probing High Latitude Export of air from the Asian Summer Monsoon)
https://halo-research.de/sience/halo-missions/current-missions/phileas/
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 97 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.
Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen - u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.500 Personen, darunter 11.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.
Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,9 Milliarden Euro. Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen. Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.
http://www.leibniz-gemeinschaft.de
https://www.bmbf.de/
https://www.smwk.sachsen.de/
