Barbados-Kampagne EUREC4A

Umfangreiche Kampage soll Wolkenverhalten durch Klimaveränderungen entschlüsseln

17. Januar 2020 DFG fördert Forschungsflugzeug und -schiffe sowie mehrere Teilprojekte

Fünf Forschungsflugzeuge und vier Schiffe haben in einer umfangreichen Forschungskampagne in der Karibik die Reaktion der Wolken auf Klimaveränderungen erforscht. Die DFG ist einer der Förderpartner der deutsch-französischen Initiative. Mit dabei sind auch die Schiffe METEOR und MARIA S. MERIAN sowie Höhen- und Langstreckenprofi HALO.

Typische tropische Bewölkung in der Passatwindregion.

Wolken sind ein wesentlicher Klimafaktor: Sowohl ihre Entstehung hängt vom Klima ab, als auch das Klima von den Wolken. Wolken beeinflussen das lokale wie mitunter auch das Weltklima. Insbesondere in der Passatregion der Karibik.

In der groß angelegten internationalen Kampagne EUREC4A wollen zahlreiche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gemeinsam mehr darüber herausfinden, wie die tiefen Wolken dort auf die globale Erwärmung reagieren – und welche Auswirkungen das wiederum auf die zukünftige Klimaentwicklung hat. "Bei der Frage nach der Reaktion der Wolken auf den Klimawandel gibt es noch viel Unsicherheit. Wir wollen dies mit EUREC4A ändern", sagt Projektleiter Prof. Bjorn Stevens vom Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie.

In bisherigen Modellen reagieren die Passatwolken unterschiedlich auf Störungen des Klimas. Komplexe Klimamodelle prognostizieren empfindliche Reaktionen, andere Prozessmodelle zeigen das Gegenteil. Mit EUREC4A sollen diese Widersprüche untersucht und eine ganz neue Generation an Klimamodellen und -daten geschaffen werden.

Wie funktioniert der Lebenszyklus der Wolken in der Passatregion?

Am 20. Januar 2020 startet die knapp sechswöchige Feldstudie östlich und südlich der Karibikinsel Barbados. Dort werden vier Forschungsflugzeuge und vier Forschungsschiffe stationiert. Ihre jeweiligen Messungen werden kombiniert mit Ergebnissen von Bodenmessstationen und Satellitenerkundungen. Messdaten werden also sowohl aus der Atmosphäre und als auch aus dem Ozean erhoben, um die Frage zu beantworten: Führt eine Abnahme der Wolken in der Passatregion durch die Klimaerwärmung zu einer schneller steigenden globalen Erwärmung? Gibt es also eine sogenannte positive Rückkopplung? "Falls ja, würde das bedeuten, dass höhere Schätzungen der zu erwartenden Erwärmung durch ansteigendes CO2 plausibler sind", so Projektleiter Stevens.

Die Besonderheit dieser Kampagne liege vor allem in der Kombination aus vielfältigen Messungen und hochauflösenden Simulationen, so Prof. Dr. Susanne Crewell vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln. "Erst dadurch wird es möglich, die entscheidenden Prozesse im Detail zu analysieren und unser Verständnis zu erweitern."

Mit diesen flugzeug- und schiffsbasierten Messungen wird EUREC4A die bisher größte Untersuchung der niedrigen Wolken und ihrer Wechselwirkungen mit der Atmosphären- und Ozeanumgebung sein.

Fernerkundungen von HALO werden mit anderen kombiniert

Dem deutschen Höhen- und Langstreckenflugzeug HALO vom DLR kommt in der Forschungskampagne eine Schlüsselrolle zu: Mit einer Reichweite von 8000 Kilometern und einer Flughöhe von bis zu 15 Kilometern ist HALO prädestiniert für Fernerkundungen. Dr. Jörg Schmidt, HALO User Coordinator vom Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, erklärt die Besonderheiten des Flugzeugs: "HALO hat sich bereits in einer Vielzahl von Kampagnen bei sehr unterschiedlichen Einsatzszenarien bewährt. Aufgrund der außergewöhnlichen Flughöhe und Reichweite wird HALO bei EUREC4A als Fernerkundungsplattform genutzt. Dabei wird mit verschiedenen Instrumenten aus großer Entfernung – aus der Höhe – nach unten gemessen", so Schmidt. "HALO ist für die Kampagne EUREC4A mit einer umfangreichen Instrumentierung ausgestattet: Neben einem laserbetriebenen Lidar, einem Wolkenradar, mehreren Radiometern und Kameras, verfügt es über eine Vorrichtung zum Abwerfen von Dropsonden.

Die koordinierten, gleichzeitigen Messungen mit mehreren Flugzeugen sind von großem wissenschaftlichen Wert.Die französische Maschiene ATR-42 wird beispielsweise unterhalb von HALO fliegen, wodurch man ein deutlich umfassenderes Bild der Wolken erhalte, sagt Jörg Schmidt.

"Die niedrigen Wolken bei Barbados sind repräsentativ"

Die atmosphärischen Messungen sollen von den vier Forschungsschiffen auf See, darunter die deutschen METEOR und MARIA S. MERIAN, ergänzt und vervollständigt werden. Sie werden Daten von oberhalb und unter der Wasseroberfläche erheben. Von Bord der Schiffe werden die Wolken und die Umgebungsluft der Wolken gemessen, sowie der Austausch zwischen Wasser und Luft. "Die räumlichen Veränderlichkeiten an der Meeresoberfläche sind wichtige Randbedingungen für die Entwicklung der darüber liegenden Atmosphäre und damit auch für die Wolkenbildung“, sagt Johannes Karstensen von GEOMAR und Fahrtleiter der MARIA S. MERIAN. Dadurch erhoffen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Erkenntnisse, wie feinskalige Merkmale im Ozean – Wirbel und Fronten – mit der Atmosphäre interagieren.

Projektleiterin von französischer Seite ist Dr. Sandrine Bony vom Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris. Sie erklärt zusammenfassend: "Die Abschätzungen der Klimasensitivität sind nach wie vor sehr unsicher, und die meisten dieser Unsicherheiten sind auf die Reaktion der niedrigen Wolken in den Tropen zurückzuführen – insbesondere in den Passatwindregionen. Die niedrigen Wolken bei Barbados sind repräsentativ für die Wolken, die in den Passatwindregionen in den gesamten Tropen zu finden sind."

Damit wird EUREC4A die bisher größte Untersuchung der niedrigen Wolken und ihrer Wechselwirkungen mit der Atmosphären- und Ozeanumgebung sein und – ebenso wie die aktuelle arktische Interner LinkMOSAiC-Kampagne – einen wesentlichen Beitrag der Wissenschaften zu Klimaveränderungsmodellen und zu unserem Handeln in der Zukunft leisten.

Hintergründe

Der Kampagnen-Name EUREC4A steht für: Elucidating the role of clouds-circulation coupling in climate. In die deutsch-französische Initiative sind mehr als 40 Partnerorganisationen involviert. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert nicht nur den Betrieb der Forschungsschiffe METEOR und MARIA S. MERIAN sowie von Forschungsflugzeug HALO, sie unterstützt die Forschungskampagne mit vier weiteren geförderten Teilprojekten.

Von wissenschaftlicher Seite aus Deutschland beteiligen sich an EUREC4A 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) sowie das Leibniz-Institut TROPOS und der Deutsche Wetterdienst.