Startschuss für Flugzeugmesskampagne im australischen Pazifik

Dritter und letzter Teil der CAFE-Forschungsexpedition zur Untersuchung der Photochemie und Aerosolpartikelbildung in der tropischen Atmosphäre

9. Januar 2024

Ready for take off: Für ein Team von Atmosphärenforscher:innen geht es in den ersten Januartagen nach Cairns in den Nordosten Australiens. Mit dem Forschungsflugzeug HALO werden schon beim Anflug auf den australischen Kontinent wissenschaftliche Daten gesammelt. Es ist der dritte Teil einer großangelegten Expeditionsreihe, die sich mit den Oxidationsprozessen in der Atmosphäre beschäftigt. CAFE steht für „Chemistry of the Atmosphere: Field Experiment“. Das nun gestartete Projekt CAFE-Pacific, an dem auch das Forschungszentrum Jülich beteiligt ist, erhebt Daten in der tropischen Region zwischen Indonesien und Nordaustralien, wo die Konvektion, also der vertikale Transport der Luft und damit von Wolken und Wasserdampf, auf der Erde am intensivsten ist.

Die vom Max-Planck-Institut für Chemie und der Goethe-Universität Frankfurt koordinierte CAFE-Pacific-Mission erforscht die photochemischen Prozesse und die Aerosolbildung in der tropischen Troposphäre mit dem Höhenflugzeug HALO (High Altitude - Long Range). Das Forschungsflugzeug wurde mit hochsensiblen massenspektrometrischen und optischen Instrumenten ausgestattet. Mit dabei sind neben Forschenden aus Jülich auch Wissenschaftler:innen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) sowie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das auch Betreiber des Messflugzeuges ist. Mithilfe der Messinstrumente werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die atmosphärischen Oxidationsmechanismen charakterisieren sowie die Bildung und das Wachstum von Aerosolpartikeln in der oberen Troposphäre erfassen. Dazu messen sie eine Vielzahl gasförmigen chemischen Verbindungen wie Schwefel- und Stickoxide, flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Kohlenstoffmonoxid und Hydroxylradikale, aber auch die Anzahl, Größe und Zusammensetzung von Aerosolpartikeln.

Instrument aus Jülich

Aus dem Institut für Troposphäre des Forschungszentrums Jülich kommt das Instrument HALO-SR, das Strahlungsflussdichten des Sonnenlichtes im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich misst. Dazu werden spezielle Empfangsoptiken and der Ober- und der Unterseite des Flugzeuges eingesetzt und die Strahlung spektral und zeitlich hoch aufgelöst aufgezeichnet. Aus den gemessenen Größen können die Geschwindigkeiten berechnet werden, mit denen atmosphärische Spurenstoffe unter dem Einfluss des Sonnenlichtes aufgespalten werden.

Insgesamt plant das Wissenschaftsteam bis Ende Februar rund 160 Flugstunden, das sind 15 Starts und Landungen vom Flughafen in Cairns. Geplant sind auch Flüge in der Morgen- und Abenddämmerung und bei Nacht. Bei jedem Flug werden jeweils vier Forschende mit an Bord sein, um die 15 verschiedenen Messinstrumente zu überwachen und mit den Kollegen und Kolleginnen am Boden Kontakt zu halten. Am 28. Februar 2023 ist der Rückflug des Messflugzeugs nach Oberpfaffenhofen geplant.

Die drei CAFE-Expeditionen

CAFE-Africa, die erste der drei Forschungsexpeditionen, fand im Sommer 2018 statt. Ziel der Expedition war es, den Einfluss der Emissionen aus Biomasseverbrennung in Afrika auf die Atmosphäre über dem tropischen und subtropischen Atlantik zu untersuchen.

Die zweite Expedition CAFE-Brazil fand im Dezember 2022 und Januar 2023 über dem Amazonasgebiet statt. Die Forschenden sammelten 60 Tage lang Daten zu den chemischen Prozessen in der weitgehend sauberen Atmosphäre über dem Amazonasregenwald in Brasilien.

Das dritte und letzte Projekt der Reihe ist nun CAFE-Pacific. Es konzentriert sich auf die Region um Indonesien und Nordaustralien, und dem indo-pazifischen Wärmebecken. Aufgrund der hier herrschenden hohen Wassertemperaturen ist die hochreichende Wolken-Konvektion in dieser Region weltweit am stärksten. Dies bedeutet einen starken Wärmetransport von der Meeresoberfläche in die Tropopausenregion (ca. 12–16 km), sodass das indo-pazifische Wärmebecken auch als Wärmekraftmaschine der Erde bezeichnet wird. Im Gegensatz zum Amazonasgebiet, wo die Emissionen des Regenwalds die chemischen Prozesse in der Atmosphäre dominieren, erwarten die Forschenden über dem tropischen Pazifik einen dominanten Einfluss von sauberer maritimer Luft. Der Vergleich zwischen den Auswirkungen der Konvektion über dem Amazonas (grüner Ozean) und über dem indo-pazifischen Wärmebecken (blauer Ozean) wird zum besseren Verständnis der atmosphärischen Prozesse beitragen.

Ziel der CAFE-Forschungsexpeditionen

„Im Rahmen der CAFE-Missionen haben wir Daten unter unberührten Bedingungen im Amazonasgebiet gesammelt sowie in Regionen, in denen viel Biomasse verbrannt wird. Diese werden wir mit denen, die wir nun über dem Pazifik messen werden, vergleichen und kombinieren. Wir versprechen uns davon grundlegende Erkenntnisse über die natürliche troposphärische Chemie und Aerosolprozesse in terrestrischen und marinen Umgebungen in den Tropen“, erklärt Jos Lelieveld, Direktor der Abteilung Atmosphärenchemie am Max-Planck-Institut für Chemie und Koordinator der CAFE-Pacific-Forschungsreise.

Alle Messungen dienen zudem als Grundlage für Computermodelle, die chemische Prozesse und ökologische Rückkopplungsmechanismen des Erdsystems abbilden und zukünftige Entwicklungen des Klimas vorausberechnen sollen.

Ansprechpartner Forschungszentrum Jülich

Dr. Birger Bohn

Senior Scientist Head of group "Solar Radiation"

• Institute of Climate and Energy Systems (ICE)
• Troposphäre (ICE-3)

Gebäude 05.2 /
Raum 1041

+49 2461/61-4492

E-Mail

Erhard Zeiss

Wissenschaftlicher Kommunikationsreferent

• Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM)
• Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1)

Gebäude 15.9 /
Raum 3033

+49 2461/61-1841

E-Mail

Weitere Informationen

Institut

Troposphäre (IEK-8)

Das Institut für Troposphäre erforscht die Chemie der Troposphäre, führt globale Beobachtungen durch und simuliert atmosphärische Chemie- und Transportprozesse mittels numerischer Modelle.

Fokus

Klimaforschung

Dürren, Starkregen, Hitzewellen: Wetterextreme nehmen zu – Folgen des Klimawandels. Um die Vorgänge in der Atmosphäre besser zu verstehen, lassen Jülicher Forscher:innen Wetterballons steigen, Messgeräte um die Welt fliegen und Supercomputer aufwändige Klimamodelle berechnen. Sie suchen nach Wegen, die Fieberkurve unseres Planeten abzuflachen und die Luftqualität für uns Menschen zu verbessern.

Helmholtz-Forschungsbereiche

Die Atmosphäre im Wandel

Fast alles Leben auf der Erde hängt ab von ihrer dünnen Schutzschicht, der Atmosphäre. Die beteiligten Institute entwickeln Vorhersagen zum Zustand der Atmosphäre in ihrer Wechselwirkung mit Landökosystemen, Ozean und Eis durch regional hochauflösende Klimaprojektionen.