Mit der Erforschung von kurzlebigen Bestandteilen der Atmosphäre vom Boden bis in die Stratosphäre soll die deutsche Infrastruktur ACTRIS-D Forscher:iinnen dabei helfen, die Unsicherheiten in der Vorhersage des zukünftigen Klimas zu reduzieren. Dabei wollen sie neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Klimaprozessen gewinnen sowie Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität und deren Auswirkungen auf Gesundheit und Ökosysteme bewerten. Das KIT erhält für seinen Beitrag zu ACTRIS-D rund 14 Millionen Euro, um neue Messeinrichtungen für die Wolkenforschung aufzubauen, vorhandene Infrastrukturen, wie die Wolkenkammer AIDA und das Atmosphärenobservatorium Garmisch-Partenkirchen/Zugspitze, erheblich auszubauen und sie mit modernster Messtechnik auszustatten.
Feinstaubpartikel, Wolken und die meisten Spurengase sind kurzlebige Bestandteile der Atmosphäre. Dort sind sie im Gegensatz zu den langlebigen Treibhausgasen wie Methan und Kohlendioxid, die Jahrzehnte bis Jahrtausende in der Atmosphäre verbleiben, in der Regel nur wenige Stunden bis Wochen unterwegs. Dennoch haben sie einen großen Einfluss auf die Luftqualität und das Klima. So reflektieren winzige Schwebeteilchen beispielsweise Sonnenlicht und Wärmestrahlung oder dienen als Keime für die Bildung von Wolkentropfen und Eiskristallen, was wiederum zu Niederschlägen führen kann. Wie groß die zum Teil sehr unterschiedlichen Effekte letztlich jeweils sind, ist jedoch noch nicht ausreichend bekannt.
In der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS (steht für The Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure) untersuchen zahlreiche Forschungseinrichtungen ab 2022 kurzlebige Atmosphärenbestandteile und bauen die Erdsystembeobachtung und -forschung aus. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert den deutschen Beitrag ACTRIS-D im Rahmen der Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit“ (FONA) über die nächsten acht Jahre mit insgesamt 86 Millionen Euro. Diesen koordiniert das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) in Leipzig. Mit den Mitteln werden zahlreiche feste und mobile Messstationen sowie Labore und Simulationskammern ausgebaut oder neu errichtet.
„Der Klimawandel ist eine große, herausfordernde Aufgabe, der wir uns nur gemeinsam stellen können – über die Grenzen von Institutionen und Ländern hinweg. ACTRIS-D wird mit modernster Messtechnik neuartige Daten sammeln, diese in einer weltweiten Community analysieren und so Wissen für die Gesellschaft schaffen“, sagt der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. „Das KIT ist in der Atmosphärenforschung hervorragend aufgestellt und wird hier mit Know-how und leistungsfähigen Infrastrukturen einen maßgeblichen Beitrag leisten.“
Präzise Messdaten zur Aerosolverteilung
„Am KIT wollen wir vor allem präzise und qualitätsgeprüfte Datensätze für Spurengase, Aerosole und Wolken über längere Zeiträume erfassen. Damit können wichtige Prozesse im Klimasystem besser erforscht und vor allem künftige Veränderungen besser erkannt und analysiert werden“, sagt Dr. Ottmar Möhler vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Department Atmosphärische Aerosol Forschung (IMK-AAF) des KIT. „Mit den Infrarot- und Laserradar-Systemen, also bodengebundener Fernerkundung, in Garmisch-Partenkirchen und auf der Zugspitze, der Wolkensimulationskammer AIDA am Campus Nord des KIT und der mobilen Plattform KIT-Cube bringt das KIT bereits etablierte Infrastrukturen ein.“ Diese sollen innerhalb von ACTRIS-D für den Langzeitbetrieb erheblich ausgebaut werden.
Mehr Leistungsfähigkeit für die Atmosphärenforschung
Die Atmosphärenobservatorien am Standort Garmisch-Partenkirchen, auf der Zugspitze und an der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus vermessen vom Boden aus den atmosphärischen Gehalt an Spurengasen wie Ozon, Ethan, Formaldehyd oder Stickstoffdioxid sowie die Vertikalverteilung von Aerosolen mit höchster zeitlicher Auflösung und Genauigkeit. Hierzu werden für den Langzeitbetrieb höchstauflösende Infrarot-Spektrometer sowie modernste Laserradar-Systeme installiert. Es soll unter anderem untersucht werden, wie Luftschadstoffe vom Boden in die Grenzschicht und höhere Atmosphärenschichten gelangen und nachfolgend in andere geographische Areale transportiert werden können. Nicht zuletzt dienen diese Atmosphärenmessdaten der Qualitätskontrolle von satellitengetragenen Erdbeobachtungen.
Wie sich Wolken bilden und welchen Einfluss sie auf Wetter und Klima haben, untersuchen die Forscherinnen und Forscher des KIT in der Aerosol- und Wolkenkammer AIDA. „Wir wollen im Rahmen von ACTRIS nun eine neue, leistungsstärkere Wolkensimulationskammer bauen“, so Möhler. „Wir möchten vor allem noch tiefere Temperaturen und Luftdrücke erreichen, um Spurengas-, Aerosol- und Wolkenprozesse der gesamten Erdatmosphäre bei gut kontrollierten experimentellen Bedingungen zu erforschen.“
Die vollständig mobile Karlsruhe Low-Cloud Exploratory Platform KLOCX wird den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern neue Einblicke in Bildung und Auflösung tiefer Wolken bieten. Diese Wolken reflektieren einerseits Sonnenlicht zurück in den Weltraum, andererseits halten sie die Wärmestrahlung der Erde auf. Wie stark diese Effekte unter welchen Bedingungen sind, ist eine der großen Fragen der aktuellen Klimaforschung. Bodengebundene Fernerkundungsmessungen in KLOCX und Satellitenbeobachtungen sollen diese Prozesse in der Entwicklung von niedrigen Wolken und Nebel näher beleuchten
Das KIT übernimmt außerdem den Aufbau und die Leitung des Kalibrierzentrums CIS – Centre for Cloud In-Situ Measurements. Das Konsortium CIS ist eines der sechs europäischen Zentren, die sich auf die Fernerkundung und Vor-Ort-Untersuchungen von Aerosolen, Wolken und Spurengasen spezialisieren.
