TROPOS beteiligt sich seit vielen Jahren an nationalen und internationalen Wolken-Feldmesskampagnen, die Teil von Forschungsprojekten zur Untersuchung von Aerosol – Wolken – Wechselwirkungen in reinen Eiswolken (Zirren, Kondensstreifen) oder Mischphasenwolken in gemässigten Breiten oder in der Arktis sind. Ziele dieser Feldexperimente sind:
- Bestimmung der chemischen und mikophysikalischen Eigenschaften von Eispartikelresiduen (engl. Ice Particle Residues, IPR)
- Vergleich der mikrophysikalischen und chemischen Eigenschaften der Eispartikelresiduen mit Aerosolpartikeln, die als Eiskeime (engl. Ice Nuceating Particles, INP) in Eiskeimzählern identifiziert werden
- Beurteilung der atmosphärischen Relevanz bestimmter Aerosolpartikeltypen bzgl. der heterogenen Eisbildung in atmoshärischen Wolken, u.a. zu Prozessuntersuchungen in Laborexperimenten
- Bereitstellung von Eingangs- und Validierungsparametern für Wolkenmikrophysik-Modelle
Die experimentellen in-situ Wolken-Untersuchungen werden sowohl bodengebunden (d.h. vornehmlich auf Bergmessstationen) als auch flugzeuggetragen, durchgeführt. Dabei werden die Eispartikel mittels eines Gegenstrom-Impaktors (CVI) gesammelt. Nach Abtrocknung der Eispartikel im luftgetragenen Zustand innerhalb des CVI werden deren Eisresiduen mikrophysikalisch (Anzahl, Größe) und chemisch (Zusammensetzung, Mischungszustand) analysiert auch in Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen anderer Forschungsinstitute. Aktuelle Forschungsprojekte in der atmosphärische Mischphasen- und Eiswolken untersucht werden sind INUIT und ML-CIRRUS.
INUIT: Jungfraujoch, Schweiz, bodengebunden (2004-2007, 2013, 2017)
Das TROPOS hat vor einigen Jahren einen bis heute einzigartigen Einlass zur bodengebundenen Sammlung kleiner Eispartikel in Mischphasenwolken entwickelt, den sogenannten Ice-CVI. Dieser Einlass ist speziell auf die höchste europäische Forschungsstation Jungfraujoch zugeschnitten, wo in den Wintermonaten die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Mischphasenwolken am Höchsten ist. Dort hat das TROPOS mit dem Ice-CVI unter anderem an der INUIT (Ice Nuclei research UnIT) Wolken-Feldmesskampagne 2017 teilgenommen. In der jüngsten, gerade akzeptierten Veröffentlichung (Lacher et al., 2021) konnte gezeigt werden, dass Mischphasenwolken, in denen die Residuenkonzentration und der Anteil von Residuen mit Durchmessern kleiner 100 nm deutlich erhöht ist, als Wolken mit höherer Sekundäreisbildung interpretiert werden können.
Dieses Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (DFG-Forschergruppe 1525, Projektnummer 170852269)
CIRRUS-HL: Nord- und Mitteleuropa, flugzeuggetragen (2021)
Die wissenschaftlichen Ziele der CIRRUS_HL Mission sind die Untersuchung der Bildung und Entwicklung natürlicher und vom Flugzeugverkehr beeinflusster Zirren in mittleren und hauptsächlich hohen Breiten. Dafür wurden Zirren in Flugkorridoren aber auch in sauberen Luftmassen gemessen. Die Messungen fanden von Mai bis Juli 2021 mit dem deutschen >> Forschungsflugzeug HALO über West-, Zentral- und Nordeuropa statt. Dabei wurden über den am TROPOS entwickelten HALO-CVI Einlass die Residuen der Zirren-Eispartikel chemisch und mikrophysikalisch analysiert. Erste Auswertungen dieser Messungen ergaben, dass die Konzentration der gesammelten Residuen und der gesammelte Eiswassergehalt auch in arktischen Zirren, die sich aus aufsteigenden Mischphasenwolken bilden (engl.: liquid phase origin cirrus) signifikant höher sind als in denen, die direkt in der Eisphase entstehen (engl.: in-situ cirrus). Diese Ergebnisse sind konsistent mit den direkten Eispartikelmessungen auf HALO.
Dieses Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (DFG-Schwerpunktsprogramm 1294, Projektnummern 48902976 und 442648163)
Literatur zu INUIT:
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Cozic, J., S. Mertes, B. Verheggen, D. J. Cziczo, S. J. Gallavardin, S. Walter, U. Baltensperger and E. Weingartner (2008), Black carbon enrichment in atmospheric ice particle residuals observed in lower tropospheric mixed phase clouds, J. Geophys. Res. - Atmos.113(D15): D15209, DOI: doi:10.1029/2007JD009266
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Kupiszewski, P., M. Zanatta, S. Mertes, P. Vochezer, G. Lloyd, J. Schneider, L. Schenk, M. Schnaiter, U. Baltensperger, E. Weingartner and M. Gysel (2016), Ice residual properties in mixed-phase clouds at the high-alpine Jungfraujoch site, J. Geophys. Res. - Atmos.121(20): 12343-12362, DOI: doi:10.1002/2016JD024894
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Literatur zu ML-CIRRUS:
Voigt, C., U. Schumann, A. Minikin, A. Abdelmonem, A. Afchine, S. Borrmann, M. Boettcher, B. Buchholz, L. Bugliaro, A. Costa, J. Curtius, M. Dollner, A. Dörnbrack, V. Dreiling, V. Ebert , A. Ehrlich, A. Fix, L. Forster, F. Frank, D. Fütterer, A. Giez, K. Graf, J.-U. Grooß, S. Groß, K. Heimerl, B. Heinold, T. Hüneke, E. Järvinen, T. Jurkat, S. Kaufmann, M. Kenntner, M. Klingebiel, T. Klimach, R. Kohl, M. Krämer, T. C. Krisna, A. Luebke, B. Mayer, S. Mertes, S. Molleker, A. Petzold, K. Pfeilsticker, M. Port, R. Schlage, M. Schnaiter, J. Schneider, N. Spelten, P. Spichtinger, P. Stock, A. Walser, R. Weigel, B. Weinzierl, M. Wendisch, F. Werner, H. Wernli, M. Wirth, A. Zahn, H. Ziereis and M. Zöger (2017), ML-CIRRUS - The airborne experiment on natural cirrus and contrail cirrus with the high-altitude long-range research aircraft HALO, Bull. Amer. Meteor. Soc.98(2): 271-288, DOI: doi:10.1175/BAMS-D-15-00213.1