Mittwoch, 08. Dezember 2021

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Schaden Blitze dem Klima?

Klimatologie. - Stickoxide beeinflussen den globalen Ozonhaushalt der Atmosphäre. Neben den Stickoxiden, die die Menschen durch Industrie und Verkehr produzieren, gibt es aber auch natürliche Stickoxide, wie sie etwa durch Blitze während Gewittern entstehen. Genaue Zahlen dazu kennt man nicht. Um sie hochrechnen zu können, untersucht ein umfangreiches Forschungsprojekt der Europäischen Union tropische Gewitterstürme auf der Höhe des südlichen Wendekreises in Südamerika. Mit dabei auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt mit seinem Wetterforschungsflugzeug Falcon.

Von Stefan Bitterle | 08.03.2004

Brasilien, Bundesstaat Sao Paulo, Gaviao Peixoto, ein Flughafen. Ein besonderer Flughafen. Er ist der Werksflugplatz des brasilianischen Flugzeugherstellers Embraer. Er hat eine fünf Kilometer lange Piste. Das ist die längste in Südamerika und in dieser Region treten mit Abstand am häufigsten Gewitter auf, Gewitter mit einer Höhe von 16 Kilometern, einer gewaltigen Menge von Niederschlag und einer gewaltigen Menge von Blitzen. Der ideale Standort also für Troccinox, eine Forschungskampagne unter Federführung des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, vom Institut für die Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen bei München.

Troccinox ist ein europäisches Projekt, bei dem wir die Wirkung von tropischen Gewittern auf die Zusammensetzung der Atmosphäre untersuchen.

…sagt Dr. Hans Schlager vom DLR. Er leitet den zweiten Teil des Feldversuches hier in Brasilien mit etwa 20 Wissenschaftlern, Technikern und Piloten.

Dabei interessieren uns drei Aspekte: Das ist einmal die Bildung von Stickoxiden durch Blitze, die in diesen Gewittern entstehen, dann aber auch die Umverteilung von Spurenstoffen aus den bodennahen Luftschichten in die obere Troposphäre, wo sie dann auch großräumiger verteilt werden. Und schließlich aber auch die Bildung von Aerosolen, das sind kleine atmosphärische Schwebeteilchen, die im Ausfluss dieser Gewitter entstehen und dann auch Einfluss haben auf die Eiswolken in diesen Höhen.

Die Troposphäre, der Teil der Atmosphäre, in dem das Wettergeschehen stattfindet, reicht hier bis zu 16 Kilometer über dem Erdboden. Stickoxide, wie sie in tropischen Gewittern entstehen, und Aerosole, kleinste atmosphärische Schwebeteilchen werden durch die Konvektion hoch transportiert und weltweit verteilt.

Ein wichtiger Anwendungspunkt ist dadurch gegeben, dass es ja Blitze sind, das ist eine natürliche Stickoxidquelle. Es gibt natürlich auch vom Menschen verursachte Quellen wie zum Beispiel den Luftverkehr, der auch in den Höhen, in denen auch die Stickoxide durch Blitze freigesetzt werden, seine Emissionen freisetzt und die Wirkung dieser anthropogenen Stickoxide hängt natürlich auch vom Zusammenspiel mit den natürlichen Stickoxiden ab. Eine wichtige Wirkung ist ja die Bildung von Ozon und Ozon ist ein Treibhausgas. Das ist die Wirkungskette, die wir dann auch untersuchen.

Vier theoretische Modelle sollen mit den Messungen in Brasilien überprüft werden. In einem Hangar stehen klimatisierte Bürocontainer, darin Computer mit Breitbandinternetverbindung, Radar- und Satellitenkarten. Das wichtigste Messinstrument der Wissenschaftler ist der Falcon, das zweistrahlige Wetterforschungsflugzeug des DLR. Es ist ein umgebautes Geschäftsflugzeug und trägt eine Fülle von Sonden und Messinstrumenten auf dem Rumpf und unter seinen Tragflächen.

Um 14:00 Uhr Ortszeit starten wir zu einem zweistündigen Messflug: Wir steigen jetzt auf Flight Level 100. - Der Kapitän hat gerade gesagt, wir fliegen auf Flugfläche 100, das sind etwa 3000 Meter, durchstoßen jetzt die Hauptwolkenuntergrenze. Wenn man zum Fenster rausguckt, kann man sehr schön die Überentwicklung der Quellwolken sehen, Cumuluswolken, die hier zu tropischen Cumulonimbuswolken werden. Schlager:

Wir sind jetzt etwa gleich hoch wie die meisten der Quellwolken, nur einige schießen weiter rauf in die Luft und werden, wenn sie entwickelt sind, eine Höhe von etwa 12 Kilometern
annehmen. Jetzt ist es hier in Südbrasilien schon Herbst geworden, das heißt die innertropische Konvergenz, die Gewitter nach Fahrplan liefert im Prinzip, die hört jetzt allmählich auf und es ist ein Glücksfall, dass wir heute noch solche Wolkenformationen antreffen.


Ich bin jetzt vorne im Cockpit. Vorne sitzen Dirk Günter und Martin Hinterwaldner,– ja was sehn wir denn da eigentlich, haben wir CBs dabei, durch die wir durchfliegen mit dem Amboss heute oder ist da eher nichts los?

Hier im Norden sieht man schöne CBs, wie sie sich aufgebaut haben, aber sie sind nicht so hoch wie die nächsten Tage und wir werden nachher im Anflug sicherlich den einen oder anderen streifen und dran vorbeifliegen und den Amboss dann auch vermessen.

CB steht für Cumulonimbuswolke, Gewitterwolken. Während die Piloten die Maschine auf einer vorher definierten Route steuern und ein bestimmtes Höhenprofil abfliegen, sitzen im hinteren Teil die beiden Experimentatoren Anke Roider und Dr. Andreas Fix. Er bedient den Lidar, einen dickes Rohr, dessen Optik nach oben durchs Flugzeugdach gerichtet ist:

Ein Lidar ist ähnlich wie ein Radar ein Gerät, das die Atmosphäre sondiert, aber wir arbeiten nicht mit Radiowellen, sondern mit Lichtwellen, deswegen ein Laser. LIDAR steht übrigens für Light Detecting and Ranging und die Besonderheit unserers Systems ist, dass die Wellenlängen so abgestimmt, dass man Wasserdampf damit messen kann und auch Aerosole.

Das Lidar vermisst während des Fluges die Cirruswolken, Eiswolken in 18 Kilometer Höhe weit über dem Flugzeug. Andere Sensoren nehmen so genannte in situ-Messungen vor. Dafür ist Anke Roider als Messingenieurin zuständig:

Wir haben hier drei Racks, für die ich quasi zuständig bin. Das ist einmal das Aerosolrack mit dem Bildschirm hier. Hier sieht man die Anzahl der Partikel mit den verschiedenen Größenbereichen und man sieht, es tut sich im Moment nicht viel. Wir sind in sehr sauberer Luft. Hier an dem Bildschirm rechts sind die Spurengase. Auch hier sieht man alles ganz ruhig. CO sehr gering, Ozon und NO, NOy tut sich auch überhaupt nichts.

Nach zwei Stunden setzt der Falcon wieder sanft in Gaviao Peixoto auf. Allein – der heutige Messflug hat uns leider an kein Gewitter herangeführt. So schnell sich die Wolkentürme aufgebaut haben, so schnell sind sie wieder zusammengefallen. Auf der Südhalbkugel hat der Herbst begonnen. Die sommerliche Phase der tropischen Konvektion mit ihren gewaltigen fast fahrplanmäßigen Gewitterstürmen ist für dieses Jahr vorbei.