HALO auf Mission in Patagonien

Phase II der Mission "SouthTRAC": Forschung zwischen zwei Schichten

11. November 2019

Vor wenigen Tagen ist das Team des SPP 1294 erneut Richtung Patagonien aufgebrochen, um in Phase II der Forschungsflugkampagne "SouthTRAC" mit HALO die Austauschprozesse an der Tropopause zu vermessen. Peter Hoor von der Universität Mainz hat erklärt, worauf es den Wissenschaftlern jetzt ankommt.

HALO über dem Südatlantik

Die Atmosphäre über der Südhalbkugel unserer Erde ist bislang wenig erforscht. Die aktuelle Mission "SouthTRAC" in Patagonien will das ändern. Dem Forschungsflugzeug HALO kommt dabei eine besondere Bedeutung zu: Die spezifischen Messungen, die das mit hochentwickelten Instrumenten ausgestattete Höhen- und Langstreckenflugzeug ermöglicht, sollen zu neuen Erkenntnisse über den weltweiten Klimawandel verhelfen. "Wenn man das Gesamtsystem Klima verstehen will, dann reicht es nicht, nur die Nordhemisphäre anzuschauen. Man benötigt Informationen über den gesamten Globus", erklärt Peter Hoor von der Universität Mainz. Von universitärer Seite koordinieren die Atmosphärenwissenschaftler Prof. Dr. Peter Hoor und sein Kollege Prof. Dr. Andreas Engel von der Universität Frankfurt die Missionsflüge im antarktischen Luftraum – und steuern die Messungen an Bord.

Austauschprozesse der Tropopause und zwischen den Erdhalbkugeln im Fokus

Im Zentrum der Untersuchungen, die mit Phase I im September begonnen hatten, stehen Austauschprozesse zwischen den verschiedenen Luftschichten. Die Besonderheit liegt darin, dass HALO Messungen in 10 bis 15 Kilometern Höhe ermöglicht. Kaum eine Forschungskampagne hat das in der in den letzten 20 Jahren in der Südhemisphäre geleistet. Aber warum diese zwei Phasen bei SouthTRAC? Grund seien die meteorologischen Verhältnisse, die sich je nach jahreszeitlichem Zyklus stark voneinander unterscheiden, so Peter Hoor. Im September sei die Meteorologie stark durch den Polarwirbel und den damit zusammenhängenden Prozessen geprägt – etwa von der Bildung des Ozonlochs und der Ozon-Chemie. Auch die so genannten Schwerewellen wurden in Phase I untersucht, denn diese spielen ebenfalls bei Klimamodellen eine Rolle. Jedoch bricht der Polarwirbel im Oktober zusammen.

Der zweite Flugzeitraum im November wurde bewusst so gewählt, um die vor allen Dingen in südlichen bis mittleren Breiten wenig erforschten Austauschprozesse an der 'Tropopause' – also genau an der Übergangsschicht zwischen der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre – zu untersuchen. "In diesem Zeitraum beeinflussen neben den Resten des Polarwirbels auch die Emissionen von großflächigen Feuern die Zusammensetzung der Messregion." In Phase II werden die Auswirkungen der Feuer im Amazonasgebiet auf der Südhalbkugel erweitert untersucht.

Was kaum jemand weiß: Die nördliche Hemisphäre ist nicht symmetrisch zur südlichen Hemisphäre. Selbst wenn jahreszeitliche Unterschiede herausgerechnet würden. "Deswegen erhoffen wir uns auch, Spuren von Austauschprozessen zwischen den beiden Halbkugeln zu finden", sagt Andreas Engel. Denn auch das sei bislang nur wenig untersucht worden. Der Wissenschaftler erklärt: "Die Südhalbkugel ist prinzipiell sauberer, als die Nordhalbkugel. Die Verschmutzung kann jedoch nicht ohne Weiteres auf die Südhalbkugel transportiert werden. Das passiert zwar, allerdings unter gewissen Einschränkungen." Unter diesem Gesichtspunkt kämen den Feuern in Südamerika eine größere Bedeutung zu.

Brasilien ist in aller Munde, die andauernden Brände dort sind besorgniserregend. Doch welche Effekte haben die Feuer dieses Jahres sowie Brände generell für die Zusammensetzung dieser Übergangsschicht, der Tropopause? Was bedeutet das beispielsweise für Ozon oder Wasserdampftransport? Und was lässt sich daraus über den Austausch zwischen den beiden Erdhalbkugeln schließen? All das seien wesentliche klimarelevante Größen, so Hoor.

Mit HALO über der Antarktis: Der Nasenmast ermöglicht Wind- und Turbulenzmessungen.

Insight HALO – Einblicke in den Forschungsflug

Die konkreten Messungen an Bord der HALO werden mit einem vergleichsweise kleinen Team bewerkstelligt. Zwar werden in Phase II keine Nachtflüge stattfinden, wie es im September ausschließlich der Fall war, dennoch gilt es für die fünf Wissenschaftler und zwei Piloten während der acht- bis zehnstündigen Flüge die volle Konzentration zu halten. Die Piloten erhalten von den Wissenschaftlern individuelle Flugpläne, die manchmal noch während des Fluges der konkreten meteorologischen Situation und den Missionszielen angepasst werden müssen, wobei die Unterstützung durch das Bodenteam - vor allem bei Problemen oder Rückfragen - extrem wichtig sei, sagt Peter Hoor. Die Wissenschaftler an Bord kümmern sich während des Missionsfluges um die Messgeräte, um bei etwaigen Schwierigkeiten oder Ausfällen teure und wertvolle Messreihen retten zu können. Noch in der Luft überprüfen sie die Daten, die an den Messpunkten aufgenommen werden. Der verantwortliche Missionswissenschaftler entscheidet ad hoc, ob sich die zu messenden Phänomene bereits abzeichnen – oder ob sie noch angeflogen werden müssen. "Man kann an bestimmten Parametern erkennen, ob man die Flugziele in einer bestimmten Region erreicht hat", erklärt Peter Hoor. Der verantwortliche Missionswissenschaftler könne dann in Abstimmung mit dem Piloten HALOs Flug korrigieren lassen, etwa um höher oder niedriger zu fliegen, einen Weg zu verlängern oder den Abwurf der Sonden an einem bestimmten Ort zu koordinieren." Darüber hinaus gäbe es eine stetige Kommunikation mit dem Boden-Team in Rio Grande. "Das ist bei HALO sehr gut gelöst. Jeder aus der Gruppe kann die Flüge online genau mitverfolgen."

Am 28. November sind die SouthTRAC-Flüge von Rio Grande aus abgeschlossen und HALO und das Wissenschaftler-Team kehren nach Deutschland zurück. In den folgenden Monaten werden sich Peter Hoor und Andreas Engel gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen um die Auswertung der Daten kümmern. Dabei werden die Forschungsdaten dieser Mission mit anderen Forschenden ausgetauscht und mit bisherigen Erkenntnissen zu atmosphärischen Parametern abgeglichen, kombiniert und interpretiert. Das große Ziel: Neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung und den Austausch der atmosphärischen Schichten – und damit auch über den Klimawandel liefern zu können.

Weitere Informationen

HALO wird von einem Konsortium betrieben, dem neben der DFG die Max-Planck-Gesellschaft, das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt, das Forschungszentrum Jülich, das Karlsruher Institut für Technologie sowie das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung angehören.

An der Mission SouthTRAC sind von universitärer Seite Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Universitäten Wuppertal, Heidelberg, Frankfurt und Mainz beteiligt. Vor Ort in Rio Grande arbeiten neben diversen europäischen, US-amerikanischen und lokalen Institutionen insbesondere das DLR, das Forschungszentrum Jülich und das KIT an der Ausführung und am Gelingen der Mission.