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Vor kurzem wurde ein internationales Forschungsprojekt zur Charakterisierung von Wolken über dem Südlichen Ozean gestartet. Das Ziel des Projekts ist die Validierung von Satellitenmessungen und das verbesserte Einbeziehen von Wolkenprozessen des südlichen Ozeans in verschiedene Modelle.

Für die meisten Leute sind Wolken vorüberziehende Formen am Himmel oder Vorboten von Regen. Aber für Klimamodellierer sind sie ein Rätsel, besonders im südlichen Ozean. Der Atmosphärenforscher Dr. Simon Alexander von der Australian Antarctic Division (AAD), sagt, dass die Klimamodelle der Südhemisphäre durch die fehlenden Daten von Wolken beeinflusst sind und somit für Vorhersagen über die Atmosphärenenergiebilanz (Wärmeeintrag minus Wärmeabfuhr) weniger genau sind. Das wiederum verhindert adäquate Vorhersagen atmosphärischer Temperaturen, die Bewegungen von Wettersystemen, Meereisbildung und Meeresströmungen. «Die meiste Forschung über Wolken in den hohen Breitengraden hat sich auf die Arktis konzentriert. Aber die südlichen Breitengrade sind eine andere Umgebung. Daher können Ergebnisse aus der Arktis nicht 1:1 angewandt werden. Eine der Hauptunbekannten in der Region des südlichen Ozeans ist das Vorhandensein von supergekühlten Wasserwolken, in denen das Wasser im flüssigen Zustand bleibt trotz der Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Um diese und andere Wissenslücken zu füllen, haben wir ein internationales Projekt gestartet zur Charakterisierung von Wolken über dem Südlichen Ozean. Damit können wir danach Satellitendaten validieren und Klimamodelle verbessern», meint Dr. Alexander.

Bei dieser Wolkenform bleibt das Wasser flüssig, obwohl die Luft darum weit unter dem Gefrierpunkt liegt. Bild: Todor Iolovski
Bei dieser Wolkenform bleibt das Wasser flüssig, obwohl die Luft darum weit unter dem Gefrierpunkt liegt. Bild: Todor Iolovski

Für das Projekt von Dr. Alexander werden verschiedene Instrumente zur Atmosphärenbeobachtung auf Macquarie Island ab März 2016 für ein Jahr aufgestellt. Damit werden Wolkendicke, Höhe und Zusammensetzung bestimmt. Ausserdem wird die Oberflächenenergiebilanz der Sonneneinstrahlung gemessen und berechnet. Die Experimente werden in ein paar Jahren wiederholt, und zwar bei der australischen Davis Station in der Antarktis und bei anderen Stationen der Ostantarktis. Mitglieder der Forscherteams werden eine Palette von Instrumenten beisteuern, die elektromagnetische Strahlung zur Messung von Wolkeneigenschaften absondern. Diese Instrumente beinhalten auch einen Wolken“lidar“ (Light detection and Ranging), ein Wolkenradar und einen Mikrowellenradiometer. Andere Instrumente werden eingehende und abstrahlende Sonneneinstrahlung messen.

«Der Wolken“lidar“ nutzt Laserimpulse, um das Licht, welches von Wolkenwasserpartikel oder Eispartikel gestreut wird, zu messen. Damit erhalten wir Angaben über Wolkendicke, Zusammensetzung und Höhe der Wolke,» erklärt Dr. Alexander. «Das Wolkenradar wird uns neben anderen Dingen Informationen über den flüssigen und festen Anteil des Wasser einer Wolke liefern. Die wird die Messungen des Gesamtanteils des flüssigen Wassers und des Wasserdampfes ergänzen, was mit Hilfe des Mikrowellenradiometers geschieht. Zusammen werden uns diese Instrumente Details zu den Phasen der Wolken liefern; das heisst, ob sie aus Eis oder Wasser bestehen, oder aus einer Mischung der beiden. Wir werden auch die Höhe bestimmen, in denen diese verschiedenen Phasen vorkommen, wie oft sie vorkommen und wie sie mit den Wettersystemen und dem Oberflächenenergiebudget in Verbindung stehen.» Das Team wird die Instrumente auf Macquarie Island nutzen, um Wolken in 100 Meter bis 10 Kilometer Höhe zu untersuchen. Satelliten-gestützte Instrumente werde die Wolken von oben vermessen, inklusive die hohen Cirrus-Wolken, die nicht von den am Boden stehenden Geräten erreicht werden können, wenn dichtere tiefe Wolken vorherrschen.

Macquarie Island ist die ideale Insel zur Erforschung von Wolken im Südlichen Ozean. Wissenschaftler werden eine Reihe von Messgeräten dort stationieren, um die Eigenschaften von Wolken wie beispielsweise Linsenwolken im Verlauf eines Jahres zu untersuchen. Bild: Ivor Harris
Macquarie Island ist die ideale Insel zur Erforschung von Wolken im Südlichen Ozean. Wissenschaftler werden eine Reihe von Messgeräten dort stationieren, um die Eigenschaften von Wolken wie beispielsweise Linsenwolken im Verlauf eines Jahres zu untersuchen. Bild: Ivor Harris

Durch das Zusammenfügen aller Daten, wird das Team in der Lage sein, die Satellitenmessungen von Wolken zu validieren und die Bildungsprozesse von Wolken über dem Südlichen Ozean besser in Modellen einzubringen. «Eines der ersten Dinge, die wir tun werden, ist die Beobachtung der saisonalen und altitudinalen Verteilung von Wolken im Vergleich zu Tiefdruckzentren und Kalt- und Warmfronten», erklärt Dr. Alexander. «Wir werden die Modelle, die diese Verteilungen repräsentieren, mit unseren Beobachtungen vergleichen, um so die Unterschiede zu verstehen.» Weiter erklärt Dr. Alexander, dass die Stationierung der Messinstrumente auf Macquarie der beste Weg war, repräsentative Informationen über den Südlichen Ozean zu erhalten. «Macquarie liegt auf dem Weg von allen Wettersystemen, die um den antarktischen Kontinent zirkulieren.»

Ähnlich wird es sein, wenn in ein paar Jahren das Experiment in die Antarktis verlagert wird und die Messinstrumente bei der Davis Station und der französischen Station Dumont d’Urville Wolkenbildungsprozesse aufnehmen werden. Diese repräsentieren die küstennahen Bereiche der Ostantarktis. Daneben werden aber auch Instrumente bei der italienisch/französischen Station Concordia, die auf dem Dome C Plateau auf über 3‘000 Meter Höhe steht, platziert und dort die Wolkenprozesse des antarktischen Hochplateaus vermessen.

Quelle: Australian Antarctic Division