Daten für die Atmosphärenforschung

Große Messkampagne über Mitteleuropa..

Vom Erdboden bis zur Stratosphäre: Messkampagne TPEx soll Informationen über Zusammensetzung und Transportprozesse der Atmosphäre liefern.

Zurzeit findet im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „TPChange – Die Tropopausenregion in einer Atmosphäre im Wandel“ eine umfangreiche Messkampagne über Mitteleuropa statt. Sie hat zum Ziel, durch flugzeuggetragene Messungen, Ballonsondierungen und mittels Drohnen sowie bodengestützten Messungen die Struktur und Zusammensetzung der Atmosphäre vom Boden bis zur Stratosphäre zu untersuchen. Im Rahmen dieser Mission mit der Bezeichnung TPEx für „Tropopause composition gradients and mixing experiment“ erfolgen die Messungen vom 10. bis 21. Juni 2024.

Vorgänge an der Tropopause wirken sich aufs Erdklima aus

Im Fokus steht dabei die Tropopause, eine Schicht, die in unseren Breiten im Höhenbereich zwischen 8 und 14 Kilometer liegt. Sie stellt eine Transportbarriere zwischen der darunterliegenden Troposphäre und der darüberliegenden Stratosphäre dar, sodass starke Kontraste der atmosphärischen Zusammensetzung an der Tropopause herrschen. Unter bestimmten dynamischen Voraussetzungen kann allerdings diese Barriere überwunden und so die Zusammensetzung der Region unmittelbar um die Tropopause beeinflusst werden. Solche Vorgänge wirken sich zum Beispiel auf die Ozon- und Wasserdampfverteilung, auf Eiswolken sowie die Verteilung und Zusammensetzung von Aerosolen aus. Dies hat direkte Folgen für die Strahlungsbilanz des Systems Atmosphäre-Erde und letztlich das Erdklima.

Erstmals werden für TPEx Aerosole, Ozon und Wasserdampf mit einem neuartigen Messsystem untersucht, das eine gleichzeitige Messung dieser Größen in nur 200 Meter Höhenabstand ermöglicht. Dazu wird ein Flugzeug vom Typ Learjet eine Sensorikmessplattform quasi im Schlepp hinter sich herziehen, die die gleichen Messinstrumente wie das Flugzeug trägt. „Damit können wir verschiedene atmosphärische Kenngrößen in bekanntem Abstand auf engem Raum messen“, sagt Prof. Dr. Peter Hoor vom Institut für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). „Daraus lassen sich beispielsweise Aussagen über die Höhenabhängigkeit von Mischungsprozessen ableiten oder die Stärke der Transportbarriere.“

Außer solchen Messungen direkt während des Fluges werden zum Beispiel auch Aerosolpartikelproben gesammelt und im Nachgang im Labor analysiert. Dies geschieht an der Goethe-Universität Frankfurt und der Technischen Universität Darmstadt, Partneruniversitäten der JGU im Verbund der Rhein-Main-Universitäten (RMU). Weitere Partner der JGU in der Messkampagne TPEx sind das Max-Planck-Institut für Chemie Mainz und das Forschungszentrum Jülich. Außerdem beteiligt ist die Firma enviscope GmbH als Schnittstelle zwischen den wissenschaftlichen Anforderungen und der technischen Umsetzung am Learjet.

Flüge auch über Mittelhessen geplant

Der Learjet wird durch die Gesellschaft für Flugzieldarstellung GmbH betrieben und startet für TPEx vom Flugplatz Hohn in Schleswig-Holstein. Ausgehend von dort kann mit dem Messflugzeug der Luftraum in einem Gebiet zwischen Irland, Italien, Rumänien und Finnland in Höhenbereichen bis zu 12,5 Kilometer erreicht werden. Die Flugroute wird kurzfristig am Vortag anhand der aktuellen Wetterlage geplant. Hierbei kommen aufwendige Modellvorhersagen zum Einsatz, die neben der Struktur der Atmosphäre auch Dynamik, Luftmassenherkunft und Eiswolkenvorhersagen ermöglichen.

Besonders interessiert sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Überflügen im Raum Mittelhessen. Dort ist ein Team stationiert, das Ballon- und Drohnenmessungen sowie bodengestützte Messungen mit einem mobilen Labor durchführt und die Auswirkungen von Gewittern auf den Aufwärtstransport von möglicherweise verschmutzter Luft aus dem Rhein-Main-Gebiet an die Tropopause untersucht. Die Verknüpfung dieser bodennah gewonnenen Messdaten mit den Ergebnissen aus dem Flugzeug kann Rückschlüsse auf die Rolle von Gewittern für den Vertikaltransport vom Boden an die Tropopause liefern. „Sollten während unserer Messkampagne Gewitter in der Region auftreten, so ist dies für Gartenfeste womöglich schade, für die Atmosphärenforschung aber in diesem Fall günstig“, so Peter Hoor. Er ist Leiter der Arbeitsgruppe Flugzeugmessungen und UTLS-Transportprozesse am Institut für Physik der Atmosphäre und Sprecher des Sonderforschungsbereichs/Transregio TPChange.

Bildmaterial:
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Blick aus dem Flugzeug zwischen zwei Wolkenschichten: Hier können durch den neuartigen Messansatz gleichzeitig Daten innerhalb und oberhalb der Wolken gewonnen werden.
Foto/©: Philipp Joppe (JGU / Max-Planck-Institut für Chemie)

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Learjet-Flugzeugflügel vor Quellwolken: Die Untersuchung von Aerosol- und Eispartikeln gehört zu den Forschungszielen der TPEx-Kampagne.
Foto/©: Philipp Joppe (JGU / Max-Planck-Institut für Chemie)

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Logo zur TPEx-Messkampagne
Abb./©: SFB/TR 301 TPChange

Weiterführende Links:
https://tpchange.de/ – Sonderforschungsbereich/Transregio 301 „Die Tropopausenregion in einer Atmosphäre im Wandel“
https://utls.ipa.uni-mainz.de/ – Flugzeugmessungen und UTLS-Transportprozesse
https://www.ipa.uni-mainz.de/ – Institut für Physik der Atmosphäre der JGU

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Peter Hoor
Flugzeugmessungen und UTLS-Transportprozesse
Institut für Physik der Atmosphäre
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-22863
Fax +49 6131 39-23532
E-Mail: hoor@uni-mainz.de
https://utls.ipa.uni-mainz.de/univ-prof-dr-peter-hoor/

https://presse.uni-mainz.de/daten-fuer-die-atmosphaerenforschung-grosse-messkampagne-ueber-mitteleuropa/