Ein neues Beobachtungsnetz könnte der Schlüssel zum Verständnis der Mechanismen des Klimawandels sein
Das ehrgeizige EU-finanzierte Projekt ARISE2 integriert und erweitert bestehende Messstationen für Infraschall und Himmelslicht sowie Lidar, Radar und Satelliten, um die Modellierung der Aktivität in der mittleren Atmosphäre zu optimieren. Die mittlere Atmosphäre – von der Troposphäre, die vom Boden bis zu einer Höhe von sechs bis zehn Kilometern reicht, bis hin zur Ionosphäre 75 bis 1 000 Kilometer über der Erdoberfläche – liegt oberhalb meteorologischer Ballons und unterhalb von Satelliten, wodurch sie nur schwer zu messen war. „In der Vergangenheit war nicht besonders viel über die Stratosphäre bekannt. Man sagte den Leuten, es sei ein kalter und ruhiger Bereich, in dem nichts passierte“, so Projektkoordinatorin Dr. Elisabeth Blanc, Forschungsdirektorin des französischen Kommissariats für Atomenergie und alternative Energien (CEA) in Paris. Dank verbesserter Beobachtungen der mittleren Atmosphäre unter ARISE „verstehen wir jetzt jedoch, dass sie sogar von großer Bedeutung ist.“ „Das Hauptziel bestand darin, die Dynamik der Atmosphäre – alles, was sich bewegte – über sehr breite Zeitskalen hinweg von Sub-Sekunden bis Jahrzehnten und den Raum von lokal bis global zu messen“, erklärt sie. Dazu gehören planetarische und Gravitationswellen, die Sonnengezeiten, gewitterbedingte Störungen vom normalen Blitz bis hin zu Konvektionswellen, Leewellen, stratosphärische Erwärmungsereignisse und andere Phänomene wie Vulkanausbrüche und Meteoriten. „Das hat bisher noch kein Projekt gemacht“, stellt sie fest. Multi-Array-Netz mit Infraschall, Lidar und Himmelslicht Das Projekt nutzt das internationale Überwachungssystem für Infraschall, das für die Überprüfung des Vertrags über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen (CTBT) entwickelt wurde – ein globales Netz mit fünfzig derzeit betriebenen Stationen. „Wenn es erst einmal fertiggestellt ist, wird es 60 Stationen umfassen und ideale Bedingungen für Beobachtung bieten, da wir alles sehen können, was in der Atmosphäre passiert“, sagt Dr. Blanc. Dank der Mini-Arrays des CTBT-Systems können die Einfallsrichtungen von atmosphärischen Störungen und sogar der Höhenwinkel gemessen werden, was bisher nicht möglich war. ARISE2 integriert zudem auch nationale europäische Infraschallstationen; die Lidar-Stationen (Lasererfassung und Entfernungsmessung) des NDACC-Netzwerks (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change), die die Dynamik der Stratosphäre messen; das Observatorium ALOMAR (Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research) sowie Stationen mit mehreren Instrumenten in Trondheim (Norwegen) und Kiruna (Schweden), die noch nicht am Vorgängerprojekt ARISE (2012-2014) beteiligt waren. Zusätzliche Instrumente wie Mini-Infraschall-Arrays, Radargeräte, Windradiometer und ionosphärische Sonden wurden an Lidar-Standorten am Observatorium Haute-Provence (Frankreich) für die mittleren Breiten sowie in Maïdo (Réunion in den Tropen) installiert, um die Abdeckung zu erweitern. „Hochauflösende Messungen dieser Infrastruktur zeigten signifikante Unterschiede zwischen Beobachtungen und Modellen, insbesondere bei stratosphärischen Störungen und Wellenaktivitäten“, merkt Dr. Blanc an und fügt hinzu, dass die verbesserten Daten zu einer neuen Generation von Wettervorhersagemodellen und Klimamodellen für die gesamte Atmosphäre führen werden. Verlängerung der Beobachtungszeiten Derzeit sind 24 Datensätze auf der Grundlage von 13 verschiedenen Technologien zur Beobachtung der Atmosphäre über das ARISE-Portal verfügbar. Das Projekt hat jedoch auch die Beobachtungszeiten verlängert. Beispielsweise lieferten zwei skandinavische Lidarsysteme in Verbindung mit einem Meteor-Radar Tag und Nacht ununterbrochen hochauflösende Wind- und Temperaturmessungen in einem Höhenbereich von 20 bis 100 Kilometern. Außerdem wurde eine neue Datenbank für plötzliche Stratosphärenerwärmungen eingerichtet. Solche eindrucksvollen Ereignisse treten auf, wenn der Polarwirbel plötzlich schwächer oder umgekehrt wird, und haben nachgewiesenermaßen einen erheblichen Einfluss auf die Wintertemperaturen der nördlichen Hemisphäre. Während eines solchen Ereignisses im Jahr 2016 wurden in der Stratosphäre Temperaturunterschiede von bis zu 40 Grad Kelvin im Vergleich zu den Modellen beobachtet. „Das ist eine bedeutsame Erkenntnis! Wir wussten das vorher nicht“, so Dr. Blanc.
Schlüsselbegriffe
ARISE, ARISE2, Klimawandel, Wetter, Klimamodellierung, Atmosphäre, Wind, Lidar, Stratosphäre, Ionosphäre, Troposphäre, Schwerewellen, planetarische Wellen
