13.11.2023 Ι Punktlandung für PHILEAS: Mit dem Ausbau der Instrumente aus dem Forschungsflugzeug HALO in Oberpfaffenhofen konnte die Messkampagne planmäßig beendet werden. In den vergangenen acht Wochen hatte ein Team von Wissenschaftler*innen unter Leitung des Forschungszentrums Jülich und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) den Einfluss des asiatischen Sommermonsuns auf das globale Klima untersucht.

Fazit: Die anspruchsvollen Messziele wurden vollständig erreicht. Eine Fülle einzigartiger Daten erlaubt nun tiefe Einblicke in den Transport von Schadstoffen durch den asiatischen Sommermonsun und durch sogenannte Pyrokonvektion – von Feuern erzeugte Konvektion oder auch Gewitterwolken, die die Folgen der großräumigen kanadischen Waldbrände waren. Erste Auswertungen werden in wenigen Monaten präsentiert.

Wirkung des Monsuns auf das Klima

Im Mittelpunkt von PHILEAS stand die Forschung an der Klimawirksamkeit des asiatischen Monsuns. In diesem großräumigen Wettersystem häufen sich Gewitter, die stark verschmutzte Luft aus der bodennahen Atmosphäre in Südostasien bis in 15 Kilometer Höhe transportieren. Von dort aus breitet sich die verschmutzte Luft Richtung Westen in den Bereich des östlichen Mittelmeers und Richtung Osten über den Pazifik aus.

In der ersten Messphase von Anfang bis Mitte August gelang es, Luftmassen von relativ unverdünnter Monsunluft über dem östlichen Mittelmeer, in etwa über Israel und Jordanien, zu vermessen. In der zweiten Phase wurde von Anchorage aus der Transport verschmutzter Luft über dem Pazifik und über Alaska und Kanada untersucht.

Prof. Dr. Martin Riese, Direktor des Jülicher Instituts für Stratosphäre, zieht eine positive Bilanz: „PHILEAS ist äußerst erfolgreich verlaufen. Wir haben bei der Flugplanung die Zielgebiete mit Luftmassen aus dem asiatischen Monsun sehr genau vorhersagt und anschließend bei den Messflügen präzise getroffen. Da sämtliche Instrumente hervorragend funktioniert haben, liegt uns nun ein einzigartiger Datensatz vor. Die beobachtete Monsunluft zeichnet sich durch erhöhte Konzentrationen von Treibhausgasen wie Methan und Lachgas, von natürlichen Klimagasen wie Wasserdampf oder von Luftschadstoffen wie Kohlenmonoxid und Ammoniak aus.“

Wie erwärmt sich das Klima bei Zunahme von CO₂?

Erstmals konnte ein deutlicher Eintrag verschmutzter Monsunluft in die untere Stratosphäre bei hohen Breiten detailliert studiert werden. Dazu wurde die gleiche Luftmasse an mehreren aufeinanderfolgenden Tagen beobachtet und analysiert.

Riese: „In der Stratosphäre können sich die Schadstoffe länger halten und damit eine höhere Klimawirksamkeit entfalten. Das gilt auch für Aerosole wie festes Ammoniumnitrat. Festes Ammoniumnitrat ist ein hervorragender Kondensationskeim für Eiswolken. Die Bildung und die räumliche Verteilung solcher Eiswolken spielen eine herausragende Rolle für die Klimasensitivität, das heißt die Frage, wie genau sich unser Klima bei einer Zunahme des atmosphärischen CO₂ erwärmt.“

Luft am Flugzeug analysieren

„In Anchorage hat sich auch die besondere Gelegenheit geboten, die Auswirkungen der kanadischen Waldbrände zu untersuchen. Diese waren besonders stark in den Nordwest-Territorien um Yellowknife. In der Nähe der Brandherde haben wir tatsächlich Pyrokonvektion vermessen, welche die Verbrennungsprodukte bis in die Stratosphäre transportiert hat. Genauso wie bei den Messungen der Monsunluft hat sich dabei die Kombination des Fernerkundungsinstruments GLORIA mit In-situ-Instrumenten, die die Luft am Ort des Flugzeugs mit verschiedenen Methoden analysieren, als besonders schlagkräftig erwiesen“, so das Resümee von Prof. Dr. Peter Hoor, Leiter der Gruppe für Flugzeugmessungen am Mainzer Institut für Physik der Atmosphäre.

Erste Ergebnisse im Frühwinter

Die vollständige Sichtung und die Auswertung der Daten werden noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Nach einem internen Workshop des PHILEAS-Teams im November werden einige Ergebnisse dann im Frühwinter erstmals bei wissenschaftlichen Konferenzen in San Francisco und Baltimore der internationalen Atmosphären- und Klimaforschungsgemeinschaft vorgestellt.

Die Untersuchung der Klimaeffekte wird längere Zeit in Anspruch nehmen, da die entsprechenden Modellierungen sehr aufwendig sind. Dies ist Bestandteil des Sonderforschungsbereichs „TPChange“, zu dem die PHILEAS-Mission entscheidend beiträgt. Neben den Aerosolprozessen stellt auch die Verteilung von Wasserdampf an der Tropopause unabhängig vom Monsunsystem eine entscheidende Herausforderung für Klimamodelle dar. Dies soll in einem Folgeprojekt von PHILEAS im Verbund des Forschungszentrums und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ebenfalls mit HALO genauer untersucht werden.

Die PHILEAS-Partner

Partner im PHILEAS-Projekt sind neben dem Forschungszentrum Jülich und der Universität Mainz das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig (TROPOS), das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz sowie die Universitäten Frankfurt und Wuppertal. Die wissenschaftlichen Flüge werden von einem ca. 70 Personen starken Team unterstützt.

Die F&S berichtete bereits im August über Phileas. Hier geht´s zum Artikel.