Die wesentlichen Forschungsprojekte umfassen aktuell die Untersuchung der arktischen Klimaverstärkung und der Strahlungseffekten in verschiedenen Wolkenregimes.

Laufende Projekte

Die nachfolgenden Projekte sind Teilprojekte in Verbundprojekten der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und der Europäischen Union (EU).

Auf dem ersten Bild ist ein Messflugzeug auf einem Rollfeld im Gegenlicht. Das zweite Bild zeigt einen Messturm im Regenwald in Brasilien. Auf dem dritten Bild schwebt ein Wetterballon im Himmel über dem Forschungsschiff Polarstern in der Arktis. Foto: Andre Ehrlich, Katis Mendes des Barros, Michael Lonardi
Kampagneneindrücke HALO, ATTO, MOSAiC (o.l., u.l., r). Foto: André Ehrlich, Kátia Mendes de Barros, Michael Lonardi

Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Laufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2023

Der Planet Erde hat sich in den letzten 150 Jahren im Durchschnitt um 0,87 K erwärmt. In der Arktis ist die Erwärmung viel stärker, was in den letzten Jahrzehnten besonders deutlich wurde. Derzeit übersteigt die Erwärmung der Arktis den Anstieg der oberflächennahen Lufttemperatur in den mittleren Breiten um etwa 2 K. Dieses Phänomen wird allgemein als arktische Verstärkung bezeichnet.

Mehr erfahren

Konturplot der winterlichen Temperaturänderung in Abhängigkeit von der geografischen Breite für die Jahre 1950 bis 2020. Die Arktis zeigt die stärkste Erhöhung der Temperatur von etwa 3 K gegenüber dem Referenzzeitraum 1951– 1980. Grafik: Manfred Wendisch
Darstellung der zonal gemittelten globalen Temperaturänderung im Zeitraum 1950 – 2020 gegenüber dem Referenzzeitraum 1950 - 1980. Grafik: Manfred Wendisch

Atmosphären- und Erdsystemforschung mit dem Forschungsflugzeug HALO

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Unsere Arbeitsgruppe koordiniert das DFG Schwerpunktprogramm HALO-SPP 1294: "Atmosphären- und Erdsystemforschung mit dem Forschungsflugzeug HALO". HALO-SPP unterstützt die Forschung von atmosphärischen und erdsystemrelevanten Prozessen. HALO (Typ Gulfstream G-550) ist ausgestattet mit einer Reihe von speziellen Instrumenten für in situ Messungen und zur Fernerkundung. Aufgrund seiner Möglichkeiten bringt das HALO-Projekt Wissenschaftler von verschiedensten Disziplinen zusammen, um multidisziplinäre Forschung zu fördern.
Details zum HALO-SPP finden Sie auf der HALO-SPP-Webseite

Ziele

Unsere wissenschaftliches Ziel mit HALO ist die Untersuchung von Strahlungseffekten in verschiedenen Wolkenregimes. Wir nutzen dafür ein unter anderem ein Spektrometersystem (SMART-Albedometer) zur Messung von auf- und abwärtsgerichteten solaren und spektral aufgelösten Irradianzen.  Während der EUREC4A wurde ein neuer thermischer Imager in Kooperation mit dem MPI Hamburg getestet. Dieses Instrument soll Studien zur räumlichen Verteilung von Flüssigwasser und Eis in Wolken unterstützen, als auch die räumliche Variabilität  von Oberflächeneigenschaften bestimmen.

In einer Landkarte, die den Nordatlantik abdeckt, sind alle Flugtracks der NAWDEX-Kampagne eingezeichnet. Die Flüge ausgehend von Island reichen unter anderem bis Nordamerika oder Skandinavien und dokumentieren die große Reichweite von HALO. Bildunterschrift: Flugtracks der NAWDEX Kampagne 2016 ausgehend von Island illustrieren die große Reichweite von HALO. Kevin Wolf
Flugtracks der NAWDEX Kampagne 2016 ausgehend von Island illustrieren die große Reichweite von HALO. Grafik: Kevin Wolf

Teilprojekt: Fernerkundung und Strahlungsantrieb von Inhomogenen Passatwind-Cumuli

Laufzeit: 01.09.2019 – 31.08.2022

Team: Prof. Dr. Manfred Wendisch, Dr. André Ehrlich, Dr. Anna Lübke, Dr. Michael Schäfer

Schwerpunkt des Projektes ist Quantifizierung des großskaligen Strahlungsantriebes von flachen Passatwind Cumulus-Wolken als Funktion der makro- und mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften, der räumlichen Anordnung der Wolken, und der mesosskaligen Vertikalbewegung. Die Messungen wurden während der Messkampagne EUREC4A (ElUcidating the Role of Cloud-Circulation Coupling in ClimAte) östlich von Barbados im Februar 2020 gewonnen und umfassen erstmals Beobachtungen mit einem neuen mehrkanaligem thermischen Imager und einem System zur Messung der breitbandigen solaren und thermischen Irradianzen.

VELOX-Messungen in 9 km Flughöhe während EUREC4A zeigen die horizontale Verteilung der unkorrigierten Helligkeitstemperatur von Cumuli-Oberkanten mit einem Minimum von 6°C und der Meeresoberfläche mit einem Maximum von ca. 20°C. Eine zweite Abbildung zeigt die abgeleitete Höhe der Wolkenoberkante mit einem Maximum von ca. 1750 m. Grafik: Michael Schäfer / Universität Leipzig
VELOX-Messungen in 9 km Flughöhe während EUREC4A zeigen (a) die Verteilung der unkorrigierten Helligkeitstemperatur von Cumuli-Oberkanten und der Meeresoberfläche, sowie (b) die abgeleitete Höhe der Wolkenoberkante....

Teilprojekt: Einfluss der Eiskristallform auf den Strahlungseffekt von arktischen Zirren: Messungen und Repräsentation in numerischen Wettervorhersagemodellen

Laufzeit: 01.03.2021  – 38.02.2024
Team: Prof. Dr. Manfred Wendisch, Dr. André Ehrlich, Johannes Röttenbacher

Die Parametrisierung der Strahlungseigenschaften von Eiskristallen besitzt einen wesentlichen Einfluss auf die Sensitivität des Strahlungsschemas ecRad im ECMWF Integrated Forecast System (IFS). Für arktischen Zirrus muss diese Analyse auf das Strahlungsbudget im thermisch-infraroten Wellenlängenbereich erweitert werden, da dessen Anteil in der Arktis (Polarnacht) im Vergleich zum solaren wesentlich größer ist als außerhalb der polaren Regionen. Das Projekt ist in den HALO Missionen Cirrus-HL (High Latitude) und HALO-(AC)3 eingebunden. Messungen mit einem neuen breitbandigen Radiometersystem, einem neuen abbildenden thermischen Imager und dem SMART-Albedometer werden verwendet, um das Strahlungsbudget oberhalb und unterhalb der arktischen Zirren zu quantifizieren. Es wird untersucht, in wie weit sich reflektierendes Meereis und langlebige niedrige Wolken auf den Strahlungseinfluss der Zirren auswirken. Des Weiteren wird durch den systematischen Vergleich mit Messungen untersucht, wie diese Strahlungseffekte von arktischen Zirren in numerischen Wettervorhersagemodellen repräsentiert werden.

MOSAIC 1- ALIBABA: Anwendung von Eisoberflächen- und Strahlungsdaten in der Luft basierend auf MOSAIC-Beobachtungen für Oberflächenparametrisierung der zentralen Arktis

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Der Einfluss des Klimawandels ist in der Arktis am stärksten ausgeprägt. Hier haben in den letzten Dekaden drastische Veränderungen des Klima- und Ökosystems stattgefunden. Die starken Rückgänge der Meereisausdehnung, der Meer­eisdicke und damit des Meereisvolumens haben zu einem neuen Zustand, der sogenannten „Neuen Arktis (New Arctic)“ geführt, bei dem im Winter nur noch überwiegend einjähriges Eis vorgefunden wird. Zum Verständnis dieses neuen Klimazustandes und seiner zukünftigen Entwicklung wurde von der Arbeitsgruppe „Atmosphäre“ des International Arctic Science Committees (IASC) im Jahr 2011 eine große internationale Messkampagne initiiert mit dem Fokus auf Wechselwirkungsprozesse Atmosphäre-Eis-Ozean in regionalen Klimamodellen. Die Initiative wurde über mehrere Disziplinen ausgeweitet und wird unter dem Titel „Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate“ (MOSAiC) geführt. Der Kern von MOSAiC war ein intensives einjähriges Beobachtungs- und Messprogramm, bei dem der Forschungseisbrecher Polarstern als Driftstation die Basis bildete, und das erfolgreich im Oktober 2020 beendet wurde.

Das Foto zeigt eine die Hubschrauberschleppsonde HELiPOD stehend auf dem schneebedecktem Meereis. Im Hintergrund ist das Forschungsschiff Polarstern zu sehen. Foto: Falk Pätzold / TU Braunschweig
Hubschrauberschleppsonde HELiPOD wartet auf seinen Einsatz während der MOSAiC Expedition 2019/2020. Foto: Falk Pätzold / TU Braunschweig

Teilprojekt: Albedoparametrisierung für Klimamodelle

Laufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2023

Team: Prof. Dr. Manfred Wendisch, Dr. Evelyn Jäkel, Tim Sperzel

Während der MOSAiC - Expedition wurden mittels der Hubschrauberschleppsonde HELiPOD der TU Braunschweig die räumliche Variabilität von atmosphärischen Parametern, Eigenschaften der Eis-Oberfläche, sowie die solare und thermische Strahlung in der Atmosphäre gemessen. Als Ziel des Projekts ALIBABA sollen diese Messungen der Verbesserung der Parametrisierung der Reflexionseigenschaften abhängig von Eis-Oberflächenparametern und den atmosphärischen Bedingungen in Klimamodellen dienen. Insbesondere sind bisher die komplexen Wechselwirkungen von Wolken und den stark variablen arktischen Oberflächentypen noch nicht ausreichend berücksichtigt.

Es werden verschiedene Skalen von 250 m bis 10 km betrachtet, die für regionale Klimamodelle und die horizontale Auflösung von Satelliten charakteristisch sind. Für diese räumlichen Skalen stellen die Oberflächen-Reflexionseigenschaften oft eine Mischung von verschiedenen Oberflächen-Arten dar. Daher sollen dreidimensionale (3D)  Strahlungstransportsimulationen mit den Messungen der komplexen Oberflächen-Reflexionseigenschaften kombiniert werden, um die Anteile der einzelnen Parameter besser beschreiben zu können.

Abgeschlossene Projekte

Die nachfolgenden Projekte wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Europäischen Union (EU) gefördert.

Logos der abgeschlossenen Projekte NARVAL, ACRIDCON-CHUVA, NAWDEX und ANT-LAND. Logos: DFG
Logos der abgeschlossenen Projekte NARVAL, ACRIDCON-CHUVA, NAWDEX und ANT-LAND: Logos: DFG

Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Laufzeit: 01.01.2016 – 31.12.2019

Der Planet Erde hat sich in den letzten 150 Jahren im Durchschnitt um 0,87 K erwärmt. In der Arktis ist die Erwärmung viel stärker, was in den letzten Jahrzehnten besonders deutlich wurde. Derzeit übersteigt die Erwärmung der Arktis den Anstieg der oberflächennahen Lufttemperatur in den mittleren Breiten um etwa 2 K. Dieses Phänomen wird allgemein als arktische Verstärkung bezeichnet.

Mehr erfahren

Konturplot der winterlichen Temperaturänderung in Abhängigkeit von der geografischen Breite für die Jahre 1950 bis 2020. Die Arktis zeigt die stärkste Erhöhung der Temperatur von etwa 3 K gegenüber dem Referenzzeitraum 1951– 1980. Grafik: Manfred Wendisch
Darstellung der zonal gemittelten globalen Temperaturänderung im Zeitraum 1950 – 2020 gegenüber dem Referenzzeitraum 1950 - 1980. Grafik: Manfred Wendisch

Teilprojekt: C02 – Wechselwirkungen von Schnee auf Meereseis mit atmosphärischen Bestandteilen einschließlich Ruß

Team: Dr. André Ehrlich, Tobias Donth, Dr. Evelyn Jäkel

Ergebnisse der Studie zu den solaren Strahlungseffekten von Schwarzkohle
Donth, T., Jäkel, E., Ehrlich, A., Heinold, B., Schacht, J., Herber, A., Zanatta, M., and Wendisch, M., 2020: Combining atmospheric and snow radiative transfer models to assess the solar radiative effects of black carbon in the Arctic, Atmos. Chem. Phys., 20, 8139–8156, doi:10.5194/acp-20-8139-2020.

Ein Messsystem mit Strahlungssensoren steht in der schneebedeckten, ebenen Landschaft in Nordgrönland. Foto: Tobias Donth
Strahlungsmessungen in Nordgrönland während der PAMARCMiP-Kampagne. Foto: Tobias Donth

Atmosphären- und Erdsystemforschung mit dem Forschungsflugzeug HALO

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Unsere Arbeitsgruppe koordiniert das DFG Schwerpunktprogramm HALO-SPP 1294: "Atmosphären- und Erdsystemforschung mit dem Forschungsflugzeug HALO". HALO-SPP unterstützt die Forschung von atmosphärischen und erdsystemrelevanten Prozessen. HALO (Typ Gulfstream G-550) ist ausgestattet mit einer Reihe von speziellen Instrumenten für in situ Messungen und zur Fernerkundung. Aufgrund seiner Möglichkeiten bringt das HALO-Projekt Wissenschaftler von verschiedensten Disziplinen zusammen, um multidisziplinäre Forschung zu fördern. Details zum Schwerpunktprogramm HALO-SPP 1294 finden Sie auf der HALO-SPP-Webseite.

Teilprojekt: Ein Beitrag zu den HALO-Kampagnen NARVAL-II und NAWDEX

Laufzeit: 2016 – 2020

Team: Dr. Kevin Wolf, Prof. Dr. Manfred Wendisch

Während der HALO-Kampagnen NARVAL-II und NAWDEX wurden spektrale abwärts- und aufwärtsgerichteten Strahlungsflussdichten gemessen. Zusammen mit weiteren atmosphärischen Beobachtungen durch Mikrowellenradiometer, Wolkenradar, Lidar und einem Imager wurden folgende Fragestellungen untersucht:

  • Wie gut werden Wolken mit Eispartikeln durch die aktuelle Eisparametrisierung in ecRad (ECMWF Strahlungsmodul) repräsentiert?
  • Wie gut werden Flüssigwasserwolken mit IFS Analysesdaten wiedergegeben?
  • Wie beeinflussen die Parameter Bedeckungsgrad, Flüssigwassergehalt, Tropfenanzahlkonzentration und Wolkenheterogenität den Strahlungsantrieb von Passatwind-Cumuli?

Ergebnisse des Projekts:

  • Wolf, K., A. Ehrlich, M. Mech, R. J. Hogan, and M. Wendisch, 2020: Evaluation of ECMWF Radiation Scheme Using Aircraft Observations of Spectral Irradiance above Clouds, J. Atmos. Sci., 77 (8) , 2665–2685 , DOI:10.1175/JAS-D-19-0333.1
  • Wolf, K., A. Ehrlich, M. Jakob, S. Crewell, M. Wirth, and M. Wendisch, 2019: Improvement of Airborne Retrievals of Cloud Droplet Number Concentration of Trade Wind Cumulus Using a Synergetic Approach, Atmos. Meas. Tech., 12 , 1635-1658 , DOI:10.5194/amt-12-1635-2019
Eine Grafik der Verteilungsfunktionen von gemessenen und simulierter solarer Breitbandstrahlung zeigt eine Abhängigkeit von der gewählten Eispartikelparametrisierung. Grafik: Kevin Wolf
Vergleich der normierten Verteilungsdichtefuntion der gemessenen und simulierten solaren Breitbandstrahlung über Cirrus der mittleren Breiten für verschiedene Eispartikelparametrisierungen. Grafik: Kevin Wolf

Teilprojekt: ACRDICON - Wechselwirkungen zwischen Aerosol, Wolke, Niederschlag und Strahlung und Dynamik konvektiver Wolkensysteme

Laufzeit: 2010 – 2017

Team: Prof. Dr. Manfred Wendisch, Dr. André Ehrlich, Dr. Evelyn Jäkel, Dr. Trismono C. Krisna

Tropische konvektive Wolken wurden innerhalb einer Messkampagne im Amazonas Regelnwald mittels umfangreicher Flugzeugmessungen und Bodenbeobachtungen untersucht. Ziel des gemeinsamen Deutsch-Brasilianischen Projekts ACRIDICON-CHUVA war die Quantifizierung der Interaktion von Aerosolen, Wolken, Niederschlag und ihre Effekte auf die Thermodynamik, Dynamik und Strahlung in konvektiven Wolkensystemen.

Das Forschungsflugzeug HALO war ausgestattet mit Instrumenten zur Fernerkundung und in-situ Messungen von meteorologischen Parametern, Spurengasen, Aerosolen, Wolken und Niederschlag. Fünf Missionsziele wurden verfolgt: (1) vertikale Wolkenentwicklung (vertikales Profiling), (2) Aerosolentwicklung (Inflow und Outflow), (3) Satellitenvalidierung, (4) Vertikaltransport und Mischung (Tracer Experiment) und (5) Wolkenkontraste über Wald und abgeholzte Gebiete. Für diese fünf Missionen wurden Daten für saubere und verschmutzte atmosphärische Bedingungen gesammelt.

  • Kampagnenübersicht ist in BAMS publiziert:
    Wendisch, M.,  et al.: The ACRIDICON-CHUVA campaign: Studying tropical deep convective clouds and precipitation over Amazonia using the new German research aircraft HALO, B. Am. Meteorol. Soc., 97, 1885–1908, 2016.
  • Weitere Ergebnisse des Projekts sind in einem AMT/ACP Special Issue veröffentlicht.
Blick aus dem HALO-Flugzeug zeigt hochreichende Konvektion. Foto: Manfred Wendisch / Universität Leipzig
Typische Tiefenwolken über dem Amazonas-Regenwald während der ACRIDICON-CHUVA 2014. Foto: Manfred Wendisch / Universität Leipzig

Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten 

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Das Schwerpunktprogramm nutzt einen multidisziplinären Ansatz, um die komplexen Wechselwirkungen im System Erde zu erforschen und um so wichtige Erkenntnisse zum Verständnis der Veränderungen in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft beizutragen. Dies wird durch die Konzentration auf vier interdisziplinäre Hauptforschungsthemen erreicht: "Verknüpfungen mit den unteren Breitengraden", "Dynamik der Komponenten des Klimasystems", "Reaktion auf Umweltveränderungen" und "Verbessertes Verständnis der polaren Prozesse und Mechanismen". Das Logo, das ein Puzzle in Form des antarktischen Kontinents und des angrenzenden Ozeans zeigt, symbolisiert den multidisziplinären Ansatz, bei dem alle Teile zusammenpassen.

Mehr erfahren

Das Logo des SPP 1158 zeigt die Umrisse der Antarktis aus hellen Puzzleteilen auf dunklem Untergrund. Logo: Universität Rostock
Logo des SPP 1158. Logo: Universität Rostock

Teilprojekt: Kopplung von flugzeuggestützten und in-situ-Messungen der Oberflächenalbedo, BRDF und Schneeeigenschaften in der Antarktis zur Verbesserung prognostischer Schneemodelle

Laufzeit: 2014 – 2017

Team: Prof. Dr. Manfred Wendisch, Dr. Tim Carlsen, Dr. André Ehrlich, Dr. Michael Schäfer

Die Bodenalbedo ist einer der wichtigsten Faktoren, die die oberflächennahen Energieflüsse beeinflussen. Schnee- und Eisoberflächen haben die höchsten Albedowerte auf der Erde. Dadurch haben sie einen vielfach höheren Einfluss auf das Strahlungsbudget. Gleichzeitig ist die Bodenalbedo von Schneeoberflächen auf räumlichen und zeitlichen Skalen durch Variationen in der Schneekorngröße, der Oberflächenrauigkeit und von atmosphärischen Parametern wie dem Wolkenbedeckungsgrad sehr variabel. Dies führt zu lokalen Veränderungen im Strahlungsbudget. Deshalb ist es von großer Bedeutung ein korrektes, auf Messungen basierendes Bodenalbedo-Schema in numerische Klimamodelle einzubauen. Vergangene Messungen waren jedoch meist auf kurze Zeitskalen oder einzelne Messorte beschränkt.

Deshalb führten wir im Südsommer 2013/14 an der Kohnen-Station (75°00'S, 00°04'O) am Rand des Ostantarktischen Plateaus eine Messkampagne durch, welche sich mit Oberflächeneigenschaften von Schneeoberflächen beschäftigte.

Ergebnisse

  • der Vergleichsstudie zur Bestimmung der Schneekorngröße:
    Carlsen, T., Birnbaum, G., Ehrlich, A., Freitag, J., Heygster, G., Istomina, L., Kipfstuhl, S., Orsi, A., Schäfer, M., and Wendisch, M.: Comparison of different methods to retrieve optical-equivalent snow grain size in central Antarctica, The Cryosphere, 14, 3959–3978, 2020, doi:10.5194/tc-14-3959-2020
  • zur Parametrisierung der Anisotropie der Schneereflektanz:
    Carlsen, T., Birnbaum, G., Ehrlich, A., Helm, V., Jäkel, E., Schäfer, M., and Wendisch, M., Parameterizing anisotropic reflectance of snow surfaces from airborne digital camera observations in Antarctica, The Cryosphere Discuss., doi:10.5194/tc-2020-97, accepted for publication, 2020. doi:10.5194/tc-14-3959-2020
Ein Wissenschaftler nimmt eine Schneeprobe zur Messung der Schneekorngröße, daneben ist das Strahlungsrack dargestellt, das von einem Messflugzeug und einem Satelliten überflogen wird. Foto: Tim Carlsen
Illustration von verschiedenen Messmethoden zur Ableitung der Schneekorngröße. Foto: Tim Carlsen

Entwicklung tropischer hochreichender Konvektion abgeleitet aus bodengebundenen abbildenden Spektroradiometermessungen

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Laufzeit: 01.02.2017 – 31.01.2021

Team: Kátia Mendes de Barros, Dr. Evelyn Jäkel, Prof. Dr. Manfred Wendisch

In diesem Projekt wurde wir die zeitliche Entwicklung von konvektiven Wolken in den Tropen in Abhängigkeit der auftretenden Aerosole und thermodynamischen Bedingungen untersucht. Dabei bietet der Messstandort ATTO (Amazonian Tall Tower Observatory), im Brasilianischen Regenwald gelegen, ideale Voraussetzungen Wolken unter ungestörten, aber auch verunreinigten Bedingungen zu beobachten. 
Feldmessungen wurden 2018 mit Hilfe eines thermischen Imagers und einer mit Fischaugenobjektiv versehenden radiometrisch kalibrierten Digitalkamera durchgeführt.  Die Messungen des thermischen Imagers zusammen mit ERA5 Daten und Radiosondenprofilen werden mit Strahlungstransportsimulationen kombiniert, um die makroskopischen Wolkeneigenschaften zu rekonstruieren. Diese Wolken dienen als Input für 3D Simulationen, aus denen die mikrophysikalischen Parameter abgeschätzt werden sollen, so dass am Ende die Wolkenentwicklung in Abhängigkeit der äußeren Bedingungen dokumentiert werden kann. 

Linke Abbildung zeigt ein Foto konvektiver Wolken über dem Regenwald. Rechts ist eine der Wolken farbkodiert dargestellt, die die Höhe der einzelnen Wolkenteile zeigt. Foto/Grafik: Kátia Mendes de Barros
Konvektive Bewölkung über dem Regenwald und rekonstruierte Wolkenhöhe aus den Aufnahmen des thermischen Imagers abgeleitet. Foto/Grafik: Kátia Mendes de Barros

Hochaufgelöste Messungen von Turbulenz, Wolkenmikrophysik, und Strahlungsabkühlungsraten in der Einmischungszwischenschicht von marinen Stratocumulus-Wolken

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 2015 – 2019

Um den Einfluss von Grenzschichtbewölkung auf das Klima der Erde besser zu verstehen, wurden im Juli 2017 Hubschraubermessflüge über den Azoren (39°N, 28°W) durchgeführt. In diesem Gebiet treten vor allem im Juni/Juli und Oktober/November regelmäßig ausgedehnte Felder von Stratocumulusbewölkung auf. Über dem Ozean lassen sich Messungen über einer vergleichsweise homogenen Oberfläche (Wasser) durchführen, so dass die Prozesse in der Wolke ohne den Einfluss von Inhomogenitäten des Untergrundes erforscht werden können.

Das Foto zeigt typische marine Stratocumuluswolken über den Azoren. Foto: Felix Lauermann
Typische marine Stratocumuluswolken über den Azoren. Foto: Felix Lauermann

Die Ziele der ACORES – Kampagne (Azores stratoCumulus measurements Of Radiation, turbulEnce and aeroSols) waren

  • die Erforschung der feinskaligen Struktur der EIL (entrainment interfacial layer) ,
  • die Quantifizierung des Einflusses der EIL auf die Entrainmentrate in Stratocumulusbewölkung und
  • die Quantifizierung der Bedeutung von Heiz- und Abkühlungsraten für Entrainment und Konvektionsprozesse in der Wolkenschicht.

Am Messhubschrauber wurden an einem insgesamt 170 m langen Seil zwei Messplattformen befestigt: SMART-HELIOS (HELIcopter-borne Observations of Spectral Radiation), 20 m unter dem Hubschrauber, und ACTOS (Airborne Cloud Turbulence Observation System) am Ende des Seils. SMART-HELIOS befand sich meist oberhalb der Wolke, zur Messung von Strahlungsgrößen, während ACTOS, betrieben durch das TROPOS,  Daten von wolkenmikrophysikalischen und thermodynamischen Größen, sowie Turbulenz und Strahlung innerhalb der Wolke sammelte.
Zusammen mit den Strahlungssensoren auf ACTOS konnten so beispielsweise Heiz- und Abkühlungsraten abgeleitet werden. Eine abwärtsgerichtete Infrarotkamera diente zur Erfassung der kleinskaligen Variabilität der Helligkeitstemperatur (Tb).

Ergebnisse des Projekts:

Siebert, S. et al.: Observations of aerosol, cloud, turbulence, and radiation properties at the top of the marine boundary layer over the Eastern North Atlantic Ocean: The ACORES campaign, Bull. Am. Meteorol. Soc., 1–59, doi:10.1175/BAMS-D-19-0191.1, early online release.

Das Bild zeigt die Messplattform SMART-HELIOS mit der Form eines Torpedos die am Boden steht und bei der Messung am Hubschrauber hängt. Foto: Felix Lauermann
Die Messplattform SMART-HELIOS mit der Form eines Torpedos zu sehen, die am Boden steht und bei der Messung am Hubschrauber hängt. Foto: Felix Lauermann

Prozesse der Stratosphäre und höheren Troposphäre für bessere Klimavorhersagen (StratoClim)

Förderung: Europäische Union (Grant agreement ID: 603557)

Laufzeit: 2016 – 2018

Team: Prof. Dr. Manfred Wendisch, Dr. Tim Carlsen

Weitere Informationen finden Sie auf der STRATOCLIM-Webseite

Abgeschlossene Kampagnen

In einer Weltkarte sind die Positionen zahlreicher Messkampagnen eingetragen. Schwerpunkt sind die polaren Gebiete als auch der tropische und subtropische Bereich. Grafik: Evi Jäkel / Universität Leipzig
Orte der Messkampagnen unserer Arbeitsgruppe seit 2010/Sites of measurement campaigns conducted since 2010. Grafik: Evi Jäkel / Universität Leipzig

Kampagne

Jahr

Region

Messplatform

SORPIC

2010

Arktis (Svalbard)

Flugzeug

VERDI

2012

Arktis (Inuvik)

Flugzeug

ANT-XXVII/4

2012

Atlantik

Schiff

RACEPAC

2014

Arktis (Inuvik)

Flugzeug

ANT-Land

2013/2014

Antarktis

Flugzeug

bodengestützt

ML-Cirrus

2014

Mittlere Breiten

Flugzeug

ACRIDICON

2014

Tropen

Flugzeug

NAWDEX

2016

Nordatlantik

Flugzeug

NARVAL

2016

Barbados

Flugzeug

ACLOUD

2017

Arktis (Svalbard)

Flugzeug

PASCAL

2017

Arktis

Ballon

ACORES

2017

Azoren

Hubschrauber

PAMARCMiP

2018

Arktis (Greenland)

Flugzeug

bodengestützt

ATTO

2018

Tropen

Turm

AFLUX

2019

Arktis (Svalbard)

Flugzeug

EUREC4A

2020

Barbados

Flugzeug

MOSAiC

2020

Arktis

Ballon

MOSAiC-ACA

2020

Arktis (Svalbard)

Flugzeug

Das könnte Sie auch interessieren