© DLR (CC-BY 3.0)

Klimafaktor Wolken

Feldkampagne will Klimarätsel entschlüsseln

Am 20. Januar 2020 startet die knapp sechswöchige Feldstudie EUREC4A (Elucidating the role of clouds-circulation coupling in climate). Ziel ist die Überprüfung von Theorien über die Rolle von Wolken und Konvektion für den Klimawandel durch umfangreiche Messungen in der Atmosphäre und im Ozean. Darüber hinaus wird EUREC4A untersuchen, wie feinskalige Merkmale im Ozean – Wirbel und Fronten – mit der Atmosphäre interagieren. Im Rahmen der deutsch-französischen Initiative mit mehr als 40 Partnern kommen östlich und südlich der Karibikinsel Barbados fünf Forschungsflugzeuge und vier Forschungsschiffe zum Einsatz; kombiniert mit Bodenmess-Stationen und Satellitenfernerkundung. Die bisher weltweit größte Untersuchung der niedrigen Wolken und ihren lokalen Wechselwirkungen in Atmosphäre und Ozeanumgebung wird vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) in Hamburg und dem Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris geleitet. Sie baut auf einer jahrzehntelangen Zusammenarbeit mit dem Caribbean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH) auf. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist als wichtiger Partner mit Experimenten am Boden und an Bord des Forschungsflugzeugs HALO beteiligt und verantwortlich für den Betrieb des Forschungsflugzeugs.

Wolken sind ein wesentlicher Klimafaktor. Wie die tiefen Wolken in den Passatregionen auf die globale Erwärmung reagieren, bestimmt maßgeblich, wie schnell und intensiv zukünftige Entwicklungen verlaufen werden. Die Wissenschaft untersuchte die Rolle von Wolken und Konvektion im Klimasystem bisher mit Theorien und Klimamodellen. Um diese zu überprüfen, brauchen die Forschenden insbesondere Beobachtungsdaten über die Dynamik der atmosphärischen und ozeanischen Bedingungen, in denen die Wolken entstehen und vergehen. Mit den umfangreichen Messungen während der Feldstudie EUREC4A werden sie sehr detailliert den Lebenszyklus der konvektiven Wolken in der Passatregion studieren, um ein möglichst vollständiges Bild zu erhalten.

Analysen der Klimamodell-Vergleichsstudien (CMIP – Climate Model Intercomparison Project) über die letzten Jahrzehnte zeigten, dass eine durch die Klimaerwärmung bedingte Abnahme der Wolken in der Passatregion zu einer weiter zunehmenden globalen Erwärmung führt, eine sogenannte positive Rückkopplung. Projektleiter Bjorn Stevens: “Wir werden überprüfen, ob das Verhalten von Modellen korrekt ist, die eine starke Abnahme der Bewölkung mit der Erwärmung zeigen. Falls ja, würde es bedeuten, dass höhere Schätzungen der zu erwartenden Erwärmung durch ansteigendes CO2 plausibler sind. Bei der Frage nach der Reaktion der Wolken auf den Klimawandel gibt es noch viel Unsicherheit. Wir wollen dies mit EUREC4A ändern.“ Der Umfang und die Reichweite der Messungen bietet dabei die Möglichkeit, eine neue Generation von Klimamodellen und Satellitendatenprodukten zu evaluieren. {…}

Ein Fokus des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre ist, mittels laserbasierten LIDAR-Messungen auf dem Forschungsflugzeug HALO ein sehr genaues Bild der atmosphärischen Bedingungen rundum und zwischen den Wolken zu bekommen {…}.

Neben einem besseren Verständnis der Kopplungsprozesse von Wolken und Zirkulation wird die Kampagne mit den umfangreichen Messdaten einen Referenzdatensatz bereitstellen. Er soll als Maßstab zur Verbesserung der Modellierung und der Satellitenfernerkundung von Wolken und Zirkulation dienen. {…}

Kern der Messkampagne ist der Einsatz von fünf Forschungsflugzeugen, vier hochseetauglichen Forschungsschiffen, fortschrittlicher bodengestützter Fernerkundung am Barbados-Wolkenobservatorium (BCO – Barbados Cloud Observatory) des MPI-M, einer neuen Generation hochentwickelter Satelliten-Fernerkundungsmethoden und modernster Klimamodelle, die auch Turbulenz auflösen können (100 Meter Gitterweite über Tausende von Kilometern).

Im Zentrum von EUREC4A steht dabei die Stationierung von drei Forschungsflugzeugen auf Barbados. Das sind die französische ATR-42, die in der unteren Troposphäre In-situ- und Fernerkundungssensoren zum Einsatz bringen wird, sowie das deutsche Forschungsflugzeug HALO des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einer Reichweite über 8000 Kilometern und einer oberen Einsatzhöhe von bis zu 15 Kilometern. HALO verfügt über ein umfangreiches Instrumentarium von modernen Fernerkundungssensoren – darunter RADAR und LIDAR – sowie eine Vorrichtung zum Abwerfen von Dropsonden. Weiterhin wird sich die Twin-Otter des British Antarctic Survey (BAS) auf die Messung von Aerosolen und der turbulenten und mikrophysikalischen Wolkenstruktur fokussieren. Zusätzlich werden das US-amerikanische Forschungsflugzeug WP-3D der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sowie das dauerhaft auf Barbados stationierte Flugzeug des Regional Security Service (RSS) die Messungen unterstützen. Die Flüge der WP-3D ergänzen die Flüge von HALO unter anderem durch die Bestimmung der großskaligen Bedingungen und deren Verbindung zu den in Küstennähe operierenden Schiffen. {…}

Zusätzlich zu den Flugzeugmessungen und den Messungen durch das BCO wird es intensive schiffsbasierte Beobachtungen mit vier Schiffen geben. {…} Von deutscher Seite sind an der EUREC4A-Kampagne vier Max-Planck-Institute (MPI-M, MPI für Dynamik und Selbstorganisation, MPI für Chemie und MPI für Marine Mikrobiologie) sowie fünf Universitäten (Hamburg, Hohenheim, Köln, Leipzig und München), drei Helmholtz-Einrichtungen (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), GEOMAR und Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung), das Leibniz-Institut TROPOS und der Deutsche Wetterdienst beteiligt. Gefördert und unterstützt wird die EUREC4A-Kampagne durch das European Research Council (ERC), die Max-Planck-Gesellschaft (MPG), das Centre National de Recherche Scientific (CNRS), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), das Carribean Institute for Meteorology and Hydrology (CIMH), das Natural Environment Research Council (NERC) und das Weltklimaforschungsprogramm (WCRP). {…}

Vollständige Quelle: DLR