Höhenforschungsflugzeug untersucht asiatischen Monsun

Jülicher Messinstrumente mit an Bord

Jülich, 31. Juli 2017 – Der asiatische Monsun ist eines der dynamischsten und energiereichsten Wettersysteme unseres Planeten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus ganz Europa untersuchen jetzt in Nepal erstmals die oberen Bereiche des Monsuns. Anhand der Ergebnisse wollen sie das globale Klimasystem besser verstehen. Zentraler Teil dieser Untersuchungen ist eine vom Forschungszentrum Jülich geleitete Messkampagne mit dem Höhenforschungsflugzeug M55 Geophysica, das unter anderem fünf hochspezialisierte Messinstrumente der Jülicher Experimentatoren auf Höhen bis zu 20 Kilometer trägt. Hierbei werden erstmalig hochaufgelöste Verteilungen verschiedenster Spurengase am oberen Rand der Monsunzirkulation gemessen. Die Messkampagne ist Teil des Projektes StratoClim, das vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), koordiniert wird.

Während unseres Sommers hat der asiatische Monsun Einfluss auf das Wettergeschehen der gesamten Nordhalbkugel. Wie in einem riesigen Fahrstuhl werden hier enorme Mengen an Luft bis in über 16 Kilometer Höhe geschleudert. Damit erreichen sie bereits den Übergangsbereich zur Stratosphäre, dem Bereich der Atmosphäre, in der die Ozonschicht liegt. In der Stratosphäre verweilt die durch den Monsun dorthin gelangte Luft jahrelang und breitet sich weltweit aus. Satellitenbilder zeigen direkt oberhalb der Monsunregion eine dünne Wolke aus Aerosolen, in der Luft schwebende kleine Tröpfchen oder Staubkörnchen, welche sich über Südasien von der arabischen Halbinsel bis zur Ostküste Chinas erstreckt.

Zusammenhang von Monsun und Aerosolen noch rätselhaft

Aerosole können erwärmend oder abkühlend auf das Klima wirken, je nach ihrer Zusammensetzung und stehen zum Teil in komplizierter Wechselwirkung mit Wolkenbildungsprozessen. Der Klimaeffekt von Aerosolen und Wolken gilt als eine der größten Fehlerquellen bei der Vorhersage von Klimaänderungen. Die Zusammensetzung und Herkunft der Aerosolwolke über dem Monsun sowie die Prozesse, die zu ihrer Bildung führen, zählen zu den großen Rätseln der Klimaforschung. Es ist daher auch unbekannt, wie der Monsun auf Änderungen des Ausstoßes von Luftschadstoffen oder auf Klimaänderungen reagieren wird. Im Projekt StratoClim untersucht ein internationales Wissenschaftlerteam deshalb die Zusammensetzung der Luft, die sich nach dem Transport durch den Monsun in der Tropopausenregion und in der Stratosphäre ausbreitet.

Messinstrumente aus Jülich

Insgesamt neun Messflüge des russischen Höhenforschungsflugzeugs Geophysika sind geplant. Am 20. Juli konnte die russische M55-Geophysika erstmals in Kathmandu (Nepal) landen und hat bereits ihre ersten zwei wissenschaftlichen Missionen in den Lufträumen Nepals, Indiens und Bangladeschs durchgeführt. Bei ihrem Einsatz trug die M55-Geophysika 25 speziell entwickelte Messinstrumente, einige davon aus Jülich. Geleitet wird das internationale Flugzeugkampagnenteam von Dr. Fred Stroh vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Stratosphäre (IEK-7).

Die Geophysica im Hangar in Kathmandu, Nepal zu Beginn der Expedition

Mit an Bord ist das Messinstrument GLORIA, welches Wissenschaftler des Forschungszentrum Jülich gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt haben und betreiben: Das Infrarotspektrometer analysiert die Höhenverteilung unterschiedlichster Spurgengase entlang des Flugpfads. Der Focus der Jülicher Wissenschaftler liegt auf Transportprozessen im Asiatischen Monsun. Hier konnten zum Beispiel erste Erkenntnisse durch Satellitenmessungen von PAN (Peroxyacetylnitrat) gewonnen werden. Die aktuelle Messkampagne in Nepal wird nun weitere Untersuchungen mit noch deutlich höherer Präzision ermöglichen. GLORIA ist zudem der Prototyp für AtmoSat, ein gemeinsames Satellitenprojekt vom Forschungszentrum Jülich und KIT. Anfang Juli hatte der deutsche Wissenschaftsrat das Vorhaben als "hervorragend" beurteilt.

Neben GLORIA fliegt auch das Jülicher Wasserdampfinstrument FISH mit, das neu entwickelte Messinstrument AMICA, mit dem sich Spurenstoffe in der Gasphase messen lassen, sowie das neuartige Massenspektrometer FUNMASS, das die Messung kleinster Konzentrationen von klimarelevanten Spurengasen ermöglicht. Der optischer Teilchenzähler NIXE schließlich kann Größenverteilungen von kleinesten Aerosolteilchen bestimmen.

Um die Messflüge optimal auf die meteorologische Situation anzupassen, sind auch Forscher der Modellgruppe des IEK-7 vor Ort und nutzen hierzu Vorhersagen des Jülicher Atmosphärenmodells CLaMS.

Der Zugang zu diesem meteorologisch höchst interessanten Luftraum mit einem Höhenforschungsflugzeug ist jahrelangen intensiven Bemühungen zu verdanken. Es ist die erste Messkampagne dieser Art in der Region. Die Messungen werden in Kooperation mit Partnern in Nepal, Bangladesch, Indien und China durchgeführt.