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Ozon und Klima: Mit dem Forschungsflugzeug HALO zum Nordpol

Eine vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierte Messkampagne untersucht den Einfluss des Klimawandels auf die arktische Ozonschicht und Prozesse in der darunter liegenden Tropopausenregion – der Übergangszone zwischen Stratosphäre und Troposphäre in circa sieben bis 17 Kilometern Höhe. Atmosphärenphysiker der Bergischen Universität Wuppertal sind mit dem neu entwickelten Messgerät HAGAR-V an der Kampagne beteiligt. Das Team um Prof. Dr. Michael Volk hat für das Forschungsflugzeug HALO dieses Messgerät entwickelt, das im Rahmen der POLSTRACC-Kampagne seine ersten Messflüge absolviert.

Das Wuppertaler HAGAR-Team (v.l.n.r.) : Dipl-Phys. Johannes Wintel, Masterstudent Emil Gerhardt, Prof. Dr. Michael Volk, Dr. Markus vom Scheidt und Doktorand Valentin Lauther.
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Partner im Projekt „POLSTRACC – The Polar Stratosphere in a Changing Climate“ (dt. „Die polare Stratosphäre im Klimawandel“) sind neben dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) das Forschungszentrum Jülich (FZJ), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) sowie die Universitäten Heidelberg, Frankfurt, Mainz und Wuppertal.

Derzeit finden erste Testflüge von der DLR-Basis Oberpfaffenhofen bei München statt. Zwischen Januar und März 2016 dient dann die „Arena Arctica“ als Basis für zehn bis 15 Forschungsflüge über das Eismeer in Richtung Grönland und Nordpol. Etwa 70 Wissenschaftler, Ingenieure, Techniker, Piloten und Logistiker werden dann im Hangar „Arena Arctica“ im schwedischen Kiruna am Polarkreis vor Ort sein.

Mit dem von Wuppertaler Wissenschaftlern entwickelten Messgerät HAGAR-V wird ein breites Spektrum an klimawirksamen Spurengasen, darunter Kohlendioxid, Methan, Lachgas und Fluorchlorkohlenwasserstoffe sowie verschiedene andere Kohlenwasserstoffe, in-situ mit hoher Zeitauflösung gemessen. Dabei kommen zwei verschiedene Messprinzipien zum Einsatz: die Absorption von Infrarot-Strahlung sowie zwei Gaschromatographie-Systeme mit verschiedenen (u.a. massenspektrometrischen) Detektionsmethoden.

Die direkten, hochpräzisen und räumlich hochaufgelösten Messungen der Verteilung stabiler Spurengase in der Troposphäre und der Stratosphäre erlauben Rückschlüsse auf dynamische Prozesse, insbesondere den Transport und Austausch von Spurenstoffen in der Atmosphäre, deren Verständnis unter anderem für eine genauere Prognose der zukünftigen Entwicklung der Ozonschicht unabdingbar ist.

Ein weiteres wichtiges Messgerät an Bord von HALO ist das Infrarotspektrometer GLORIA, das Wissenschaftler des KIT und des Forschungszentrums Jülich gemeinsam entwickelt und gebaut haben. Mit GLORIA können Temperatur, Wolkenparameter und eine Vielzahl von Spurengasen in der Atmosphäre beobachtet werden. Das Infrarotspektrometer analysiert die Wärmestrahlung der Atmosphäre und identifiziert verschiedene Spurengase anhand ihrer spektralen Signatur, einer Art „Fingerabdruck“ der Moleküle. Da dabei die Abstrahlung der Atmosphäre selbst gemessen wird, funktioniert das Verfahren auch während der Polarnacht.

GLORIA kombiniert Spektrometer und Infrarotkamera und kann auf diese Weise zweidimensionale Spurengasverteilungen – man kann sich dies als fein gewebte Vorhänge entlang des Flugpfades vorstellen – viel detaillierter beobachten als bisher.

Für GLORIA haben die Wuppertaler Atmosphärenphysiker um Prof. Ralf Koppmann zwei Schwarzkörper entwickelt, mit deren Hilfe GLORIA im Flug kalibriert werden kann. Durch eine solche Kalibration ist die Bestimmung der Konzentrationen von Spurengasen aus den Strahlungsdaten erst möglich. Im Rahmen des EU-Projektes METEOC-II wurden die Schwarzkörper in Zusammenarbeit mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Berlin gegen Strahlungsnormale vermessen und so an internationale Standards angeschlossen.

www.atmos.physik.uni-wuppertal.de

Pressemitteilung vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Pressemitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)

Kontakt:
Prof. Dr. C. Michael Volk
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Telefon 0202/439-2603
E-Mail m.volk{at}uni-wuppertal.de

Prof. Dr. Ralf Koppmann
Telefon 0202/439-2605
E-Mail koppmann{at}uni-wuppertal.de