Allgemein

SOUTHTRAC 2019

SouthTRAC (Southern Hemisphere - Transport Composition Dynamics)

Die HALO-Kampagne SouthTRAC ist ein gemeinsames Projekt von vier Universitäten (Mainz, Frankfurt, Heidelberg und Wuppertal) sowie dem Forschungszentrum Jülich, dem Karlsruher Institut für Technologie und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Im August wird dazu das Forschungsflugzeug HALO in Oberpfaffenhofen für die Mission vorbereiten. Von September bis Ende November wird das HALO zweimal die Reise von Oberpfaffenhofen/Deutschland nach Rio Grande/Argentinien antreten. Im Oktober kehrt HALO für eine dreiwöchige Pause nach Deutschland zurück.

Hier auf diesem Blog werden die beteiligten Mitglieder der AG Hoor Neuigkeiten rund um den Kampagnenalltag wiedergeben.

Eine öffentliche Homepage mit weiterführenden Links kann hier eingesehen werden.

Eine Pressemitteilung der Uni Mainz kann hier eingesehen werden.

A short English summary (without a blog) can be found here.

Hintergrund

Änderungen der Verteilung von Spurengasen wie Wasserdampf und Ozon in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) beeinflussen den Strahlungsantrieb und das Klima sowie die Oberflächentemperaturen und haben eine Schlüsselbedeutung für das Verständnis des Klimawandels. Auf Grund der hohen Sensitivität des atmosphärischen Strahlungsantriebs gegenüber Änderungen der Konzentrationen dieser Substanzen gerade in der kalten Tropopausenregion haben kleine Änderungen z.B. des Wasserdampfgehaltes der unteren Stratosphäre eine große Wirkung auf die Variabilität der Oberflächentemperatur. Überdies sind Prognosen des zukünftigen Wasserdampf- und Ozongehaltes der UTLS nach wie vor mit großen Unsicherheiten behaftet, was exakte Vorhersagen des Strahlungsantriebs vor dem Hintergrund des wieder zunehmenden stratosphärischen Ozons und der damit verbundenen Prozesse erschwert: Mehrere Studien haben gezeigt, dass Klima-Chemie-Modelle sogar unterschiedliche Vorzeichen des Strahlungsantriebes durch die Ozonzunahme zeigen, da gerade im Bereich der Tropopause große Unsicherheiten des simulierten Ozons auftreten.
Aufgrund des unterschiedlichen Wellenantriebs in beiden Hemisphären und auch aufgrund des stark unterschiedlichen Polarwirbel, werden große Unterschiede zwischen der UTLS der Nord- und der Südhemisphäre erwartet. Trotz der Bedeutung der globalen UTLS wurden bisher kaum Studien zu Transportprozessen und Zusammensetzung sowie der Dynamik der südlichen UTLS durchgeführt. Frühere Kampagnen hatten die antarktische Ozonzerstörung und Vortexprozesse oder die Tropen oder die troposphärische Zusammensetzung zum Ziel.
Außerdem beeinflusst die Südhemisphäre im Winter die globale stratosphärische Zirkulation, da die Anden dann ein globales Maximum der Schwerewellenaktivität bilden. Die Ausbreitung dieser Wellen und ihr Einfluss auf die Zirkulation sind noch nicht vollständig verstanden.

Während SouthTRAC werden die folgenden Themen bezüglich der Interaktion zwischen Zusammensetzung und Dynamik in der UTLS auf der Südhemisphäre untersucht:

  1. Austauschprozesse an der südhemisphärischen Tropopause
  2. Schwerewellen in der Südhemisphäre
  3. Einfluss von Biomassenverbrennung auf die südhemisphärische UTLS
  4. Einfluss des antarktischen Polarwirbels auf die UTLS

 

Blogbeiträge von Daniel Kunkel, Vera Bense, Philipp Joppe

Fotos von Vera Bense, Maximilian Büttner, Peter Hoor, Philipp Joppe, Christian von Glahn

 

15.11.2019 HALO fliegt beim dritten Lokalflug in die Nacht hinein

Ausnahmsweise mussten für den dritten Lokalflug der zweiten Phase keine Wecker auf nachtschlafende Uhrzeiten gestellt werden, um das Warmlaufen der Geräte zu starten, denn dieser Flug begann erst am Nachmittag um 14 Uhr Lokalzeit. Grund dafür war, dass bei der Rückkehr bei einem Überflug von Rio Grande
bei Dunkelheit (und möglichst Wolkenfreiheit) ein Abgleich  zwischen dem auf HALO installierten LIDAR ALIMA und dem am Boden stationierten LIDAR CORAL unternommen werden sollte. Letzteres ist in der astronomischen Station http://earg.fcaglp.unlp.edu.ar/ untergebracht und unter http://kaifler.net/coral/ kann man sich über Webcams ein Bild von der Wolkensituation vor Ort machen.
Zunächst stand aber die Erkundung des Jetstreams auf dem Programm, der bei etwa 40°S sehr stark ausgeprägt war. Im Luv und im Lee der Anden wurden jeweils drei Segmente auf unterschiedlichen Höhen geflogen, um zu untersuchen, wie sich die Verteilung der Spurengase unterscheidet und ob zum Beispiel durch Schwerewellenaktivität und große Windscherungen im Bereich des Jets Mischung über die Tropopause hinweg auftrat.

Abgesehen von einigen Wolkendecken ergaben sich immer wieder beeindruckende Ausblicke auf die Anden, die "Pampas", auf Gletscher, Seen und Licht- und Schattenspiele der Bewölkung. Ein dunkler Streifen am Horizont, der beim Blick vom Pazifik auf das südamerikanische Festland sichtbar war, könnte mit den momentan in Chile herrschenden Bränden in Verbindung stehen...

Im Abendrot trat HALO den Rückweg in Richtung Süden an und überflog das LIDAR CORAL bei vollständiger Dunkelheit. Am Boden gab es dann eine "Einschulungstüte" für die Premiere als Operator bei einem Messflug!

 

14.11.2019 SouthTRAC im DFG-Magazin

Im Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft ist ein Bericht zu SouthTRAC erschienen. Unter dem Titel Phase II der Mission "SouthTRAC": Forschung zwischen zwei Schichten stellen Peter Hoor (JGU) und Andreas Engel (GUF) die Forschungsziele der zweiten SouthTRAC-Phase vor: Link

12.11.2019 Luft aus dem Polarwirbel - und aus Australien


Die Bodencrew wartet auf den Start und hält sich vorbildlich daran, das Rollfeld nicht zu betreten...

Der Zweite Lokalflug stand ganz im Zeichen der Erprobung von Luft aus dem Polarwirbel. Auch wenn dieser im südhemisphärischen Winter meist sehr stabil und isoliert ist, können sich doch einzelne Filamente abtrennen. Deren Luftmassenalter und Mischungsprozesse können mit den Messgeräten in HALO untersucht werden. Dazu wurde das Filament mehrfach gekreuzt, wie in der folgenden Vorhersagekarte
dargestellt ist.

Um 16:34 UTC machte sich HALO dann zu den südlichsten Punkten des Flugpfads auf, wo der Polarwirbel in großer Höhe direkt vermessen werden konnte. Die hohen Ozonwerte (FAIRO) zeigen an, dass sich HALO tief in der Stratosphäre befand.

Ein sehr eindrückliches Zeugnis des globalen Transports von Spurenstoffen konnte auf dem Rückflug aufgenommen werden: Die momentan in Australien wütenden Waldbrände sorgen unter anderem für eine Freisetzung von großen Mengen Kohlenstoffmonoxid. Dies wird mit der Strömung transportiert und sorgte für rekordverdächtig hohe Werte für diese Höhenregion.

 

10.11.2019 Schnee und Lamas am freien Tag

Auf den Flug am 9.11., der auch Heikos letzter SouthTRAC-Flug war, folgte ein freier Tag für alle an der Kampagne Beteiligten. Während sich Heiko also in Richtung Deutschland aufmachte, fuhren wir bei
herrlichem Sonnenschein in Richtung Ushuaia, wobei die Ausblicke während der Fahrt schon ein Erlebnis waren.

Die Berge kamen immer näher und auch Lamas sahen wir immer wieder - auf Schildern und in der Nähe der Straße.
Nach einem Halt am Lago Fagnano bot sich vom Paso Garibaldi nochmal ein schöner Ausblick auf den Lago Escondio und dann ging es wieder bergab nach Ushuaia.


Unser Ziel war es, den Cerro Guanaco, den "Lamaberg", im Nationalpark Tierra del Fuego zu besteigen. Nach sanftem Anstieg im Wald...

...ging es steil bergauf bis zur Baumgrenze, wo sich ein fantastischer
Blick auf die Anden und in Richtung Beagle-Kanal eröffnete.

Doch das noch fehlende Stück mit rutschigen Steinen und Schneefeldern hatte es in
sich. , wir wurden aber mit noch tolleren Ausblicken belohnt.

09.11.2019 Erster Lokalflug der zweiten Phase

Heute Morgen war der Abflug für den ersten Messflug der zweiten Phase. Nachdem HALO aus dem Hangar gezogen war, wurde noch der allerletzte Feinschliff am Flugzeug vorgenommen... und um 8 Uhr Lokalzeit ging es los!

Im Moment befindet sich Halo immer wieder abwechselnd über dem südamerikanischen Festland, dem Atlantik und der Region der Malvinas-Inseln (Bild unten links: Position von HALO um 14:45 UTC). Für heute ist es das Ziel, die Tropopause und die Eingangsregion des Jetstreams zu untersuchen (Bild unten rechts: Vorhersage für den Wind und geplanter Flugpfad). Das überflogenene Gebiet ist sehr dynamisch und wir möchten Michungsprozesse in Regionen mit starken Windscherungen in der Tropopausenregion untersuchen.

Das Flugmuster ist so geplant, dass Halo immer wieder die Flughöhe wechselt und so mal unterhalb und mal oberhalb der Tropopause fliegt. Im folgenden Bild ist die Lage der Tropopause durch dunkelgrüne Kreise markiert:

Auf dem letzten Flugabschnitt wird dann die maximal mit Halo erreichbare Flughöhe von knapp 15 km angestrebt. Die Modellvorhersagen zeigen nämlich ein Auftreten sehr alter Luftmassenn. Alte Luftmassen sind solche, die sich schon sehr lange in der Stratosphäre befinden, bei den heutigen Messungen mutmaßlich bis etwa zwei Jahre.

 

Noch ein Eindruck aus dem Flugzeug heraus:

An den letzten Abenden war Zeit für einen kleinen Spaziergang am Meer und für einen ersten Ausblick vom Balkon auf die Anden in Richtung Ushuaia. Aber das geht noch besser, wissen die Erfahrenen, die schon in der ersten Phase da waren...

 

 

05.11.2019  Auf in die zweite Phase!

Nach einigen Wochen Pause für die SouthTRAC-Kampagne und diesen Blog geht es nun weiter mit Berichten aus Río Grande. Bis Ende November ist unsere Mainzer Gruppe in wechselnder Besetzung vor Ort.

Auf der Reise zur Südspitze Amerikas geht es zunächst durch das frühlingshafte Buenos Aires...

 

...wo es in Gestalt der Floralis Genérica, in den Straßen sowie an der Fassade des Flughafens blüht.

Und in Feuerland erlaubt der wolkenfreie Himmel einen ungetrübten Blick auf die Mündung des großen Flusses, Río Grande, und die übersichtlich geplante Stadt:

 

 

 

Doch der Eindruck von mildem Wetter beim Blick aus der Unterkunft und auf die Arbeitsstelle der nächsten Wochen (oben) täuscht - die Bilder bilden den starken Wind schließlich nicht ab... Hier ein Versuch:

Noch ist der Hangar ziemlich leer. HALO ist gestern in Buenos Aires zwischengelandet und wird morgen Abend hier erwartet.

 

 

 

03.10.2019  Feiertag in Deutschland

... aber nicht in Rio Grande.

Die letzte Woche der ersten Phase.

Wir melden uns wieder aus dem, in den letzten Tagen immer windigeren Rio Grande. Bei Maximalgeschwindigkeiten von um die 100 km/h, war es im Hangar doch recht ungemütlich. Zum Wind gesellte sich am Sonntagabend dann auch noch Regen dazu, der wie Nadelstiche auf jede freie Stelle Haut einstach. Doch der Stimmung der Kampagnenteilnehmer tat dies keinen Abbruch. So wurde genau wie sonntags, auch montags der Flieger startklar gemacht und auf die Reise geschickt. Wenn alle Geräte gut funktionieren, bleibt dann auch immer etwas Zeit, um ein paar eindrucksvolle Bilder der Landschaft von oben zu schießen.

Blick vom Flughafen nach Süden

Nach dem anstrengenden Programm der letzten Woche und dem Ende der Nachtflüge ging die Woche insgesamt deutlich entspannter weiter. Nach der Abreise von Heiko und Philipp blieben Thorsten und Max in Rio Grande zurück, um dort zunächst die Stellung zu halten. Rio Grande selbst ist eher funktional und hat wenig Aufregendes zu bieten, ist dafür jedoch recht authentisch. Bei guter Sicht kann man die Südausläufer der schneebedeckten Anden sehen.

Impressionen aus Rio Grande - ein El Dorado für Architekten und Stadtplaner

Heiko und Christian hatten das Gerät so gut vorbereitet, dass Thorsten die beiden Messflüge sonntags und montags ohne Probleme duchführen konnte. Ziel war die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung eines Filaments von arktischer Vortexluft, das auch Ozonabbau im Vortex gesehen hat.

Oben: Vorhersage des Ozonabbaus in einer Luftmasse über Südamerika an zwei aufeinander folgenden Tagen in einer Höhe von ca. 12 km, die etwa der Druckfläche 150 hPa entspricht. Der Flugweg der Flüge ist ebenfalls eingezeichnet. Die Daten stammen aus dem Vorhersagemodell CLaMS der Kollegen des Forschungszentrums Jülich.

Mit einem Bodentag, der für alle Gruppen das erste Auswerten der Messdaten ermöglicht, ist HALO am Mittwoch zum letzten Lokalflug der ersten Phase unterwegs. Der Mittwochflug hatte noch einmal die Untersuchung von Luftmassen des polaren Vortex und des Ozonabbaus zum Ziel und führte bis zur antarktischen Halbinsel.

Oben: Die schneebedeckten Ausläufer der Anden. Unten: Die antarktische Halbinsel aus 13,5 km Höhe.

Danach geht es ans Packen und Vorbereiten für den langen Rücktransfer nach Oberpfaffenhofen, dem Heimatflughafen des A-DL(E)Rs, der von Peter Hoor begleitet wird.

30.09.2019  Nachtrag - Pressemitteilung

Mittlerweile gibt es auch eine Pressemitteilung unserer Universität zu SouthTRAC. Diese findet man hier. Es gibt auch eine englische Version.

An English version of our press release is available here.

In der Zwischenzeit gab es zwei weitere Flüge auf der Südhalbkugel. Am Freitag durfte wie erwähnt Philipp seinen ersten Flug bei Nacht durchführen. Das war auch der letzte Flug mit Fokus auf die Schwerewellen. Am Sonntag gab dann Thorsten sein Debüt als Wissenschaftler an Bord von HALO. Ziel dieses Fluges waren Luftmassen zu beproben, die durch den antarktischen polaren Vortex beeinflusst sind. Der Flug am Sonntag war dabei der erste von zwei Flügen mit dem gleichen Ziel. Am heutigen Montag steigt HALO wieder in die Luft. Mehr Infos zu diesen Flügen wird bald hier nachzulesen sein.

27.09.2019  Fliegen, Auswerten, Party, Fliegen, Abschied - die dritte Woche Argentinien

Nach einem verhältnismäßig ruhigem Start in Woche drei der Phase 1 von Southtrac hatte nicht nur Heiko in der Luft alle Hände voll zu tun. Das Bodenteam, bestehend aus Thorsten, Philipp und Max hat die Zeit und Abwesenheit von “Halo“ genutzt und die liegen gebliebene Messdaten-Auswertung in einer konzentrierten und ineinandergreifenden Zusammenarbeit erledigt.

Des Weiteren stand die Aufbereitung erster interessanter Messergebnisse für das am Mittwochnachmittag stattfindende Quicklook-Meeting an. Doch auch dieser Hürde wurde ohne Furcht entgegengetreten. Gemeistert wurde sie am Ende ebenfalls.
Die ersten vorläufigen Erkenntnisse zeigten mitunter, dass bei den ersten Flügen die erhofften Schwerewellen sowohl durchflogen, als auch deren zeitliche und räumliche Ausbreitung durch die Fernerkundungs-Messgeräte vermessen werden konnten. Dies würde bedeuten, dass ein Hauptziel der Kampagne erreicht werden konnte.

Am Mittwochabend fand ein weiteres Highlight statt. Die Kampagnen-Party! Alle beteiligten Wissenschaftler, Ingenieure und Piloten trafen sich im Hotel Grande und ließen die Anstrengungen der letzten Wochen für einige Stunden hinter sich. Bei einem Gläschen Wein und reichhaltigen, argentinischen Speisen war dies nicht die schwerste Herausforderung.

Der folgende Donnerstag begann erst um 13 Uhr. Doch nicht etwa um etwaigen Restalkohol zu kurieren. Am Abend stand der Nächste Abflug des A-DL(E)Rs auf der Tagesordnung. Dieser wurde planmäßig um 20:30 Uhr lokaler Zeit (01:30 MESZ) gestartet. Geplant ist die Landung um 05:30 Uhr Lokalzeit (10:30 MESZ). Doch wie schon angekündigt gibt es eine Änderung beim Flugpersonal. Der letzte Nachtflug der Kampagne ist gleichzeitig Philipps erster wissenschaftlicher Flug überhaupt. Wir möchten ihm deswegen auch an dieser Stelle herzlichst gratulieren. Auf dass es nicht der letzte sein mag!

Bitte Türen schließen! HALO kurz vor dem Start zu Flug 14. (Photo: Thorsten Kaluza)

In der Nacht auf Freitag begibt sich Heiko auf die Heimreise nach Deutschland. Auch hier wünschen wir guten Flug.

 

24.09.2019   Die zweite Kampagnenwoche vergeht wie im Rausch

Nachdem die letzte Woche vollgepackt war mit drei Flugnächten, hatte die Bodencrew in Rio Grande nicht nur wenig Schlaf sondern leider auch wenig Zeit für weitere Blogbeiträge.

Dies wollen wir nun im Schnelldurchlauf nachholen.

Am Montag den 16.9.2019, Mittwoch den 18.9.2019 und Freitag den 20.9.2019 wurden die Flüge in Woche zwei durchgeführt.
Dabei ging es hauptsächlich wieder darum Schwerewellen über den Anden zu vermessen.
Die Flüge starteten alle um 20:00 Uhr Ortszeit und endeten zwischen 04:00 Uhr und 05:00 Uhr Ortszeit wieder sicher in Rio Grande. Doch nach dem Flug ist vor dem Flug und so ging Nachbereitung und Datenverarbeitung nahtlos in Flugvorbereitung über. Man konnte sogar sagen, nicht nur der A-DL(E)R flog, sondern auch die Zeit.

Nach getaner Arbeit durfte man am Sonntag einen freien Tag genießen. Zusammen mit dem in der Nacht auf Sonntag für Christian angekommenen Max ging es mit dem Auto nach Ushuaia in die südlichste Stadt der Welt. In der Nachbarschaft zum Kap Horn am südlichen Ende von Feuerland gelegen, umrandet von weißen Berggipfeln auf der einen und dem Atlantik auf der anderen Seite, wurde die Bedeutung des Begriffs „Fin del Mundo“ mehr als deutlich.

HALO auf dem Weg zum Start zu Flug 13 von SouthTRAC am 24.09.2019 (Photo: Max Büttner)

Die neue Woche begann für alle mit einem Tag am Boden. Der erste Tagflug fand dann heute am Dienstag (24.9.2019) statt. Heiko hatte seinen letzten Flug in Phase 1. Dieser Flug ging Richtung Antarktischer Halbinsel von der leider aufgrund des Wetters nicht viel zu sehen war. Dafür gab es einen schönen Sonnenuntergang:

Quelle: https://twitter.com/heikobozem/status/1176697085221113856.
16.09.2019   Die erste Kampagnenwoche ist vorbei

Vor einer Woche hat HALO den langen Weg nach Rio Grande beendet. In den letzten 7 Tagen gab es viel zu tun für die Bodencrews und die fliegenden Wissenschaftler.

Durch den aktuellen Nachtflugbetrieb fangen auch die Bodencrews erst mittags an zu arbeiten. Hauptaufgabe hierbei ist es, die Instrumente auf den kommenden Flug vorzubereiten und mögliche Auffälligkeiten beim letzten Flug zu untersuchen. Dazu kommt natürlich die Auswertung der gesammelten Daten.

Letzte Woche gab es dann direkt die ersten lokalen Messflüge. Der erste startete am Mittwoch, 11. 09.  um 20:00 Uhr Ortszeit (01:00 Uhr MESZ) und führte nach Westen in Richtung Pazifik, bevor es eine 180° Kurve gab und dann ein langes Stück in Richtung Antarktis über die Drake- Passage. Nach insgesamt 08:00 Stunden Flugzeit landete unser Operator Heiko wieder sicher in Río Grande. Zeit zum Durchatmen gab es kaum, denn bereits am Freitag folgte der nächste Flug, dieses Mal mit 09:00 Stunden Flugzeit. Die Route hierbei führte weit nach Nordwesten bis knapp auf Höhe von Buenos Aires. Dort wurde dann ein Rechteck geflogen, bevor es wieder zum südlichen Ende von Feuerland ging. Für diese Flüge standen die Schwerewellen über den Anden klar im Fokus der Flugplanung, aber auch für die Spurengasinteressierten wie uns hatte vor allem der letzte Flug auch ein paar Highlights mit troposphärischen Streamern und Luftmassen aus dem Polarwirbel.

Für heute (Montag, 16.09.2019) ist auch wieder der nächste Messflug geplant. Die geplante Strecke führt hier bei rund 04:00 Stunden Flugzeit nach Nordwesten und dann auf dem gleichen Weg zurück nach Río Grande.

 

09.09.2019 Der A-DL(E)R ist gelandet

Nach fast vier Tagen und über 15 000 km ist die HALO-Crew heute in Feuerland angekommen. Ein kleiner Ausflug in Richtung Polarwirbel wurde noch unternommen, bevor die Basis für die nächsten Wochen, der Hangar in Rio Grande, bezogen wurde.

Flugroute HALO (PLANET Live monitoring software)
Landung in Rio Grande (c: Philipp Joppe)

 

08.09.2019 Willkommen auf der Südhemisphäre!
Heute morgen um 6.00 Uhr MESZ ist HALO von den Kapverden abgeflogen in Richtung Buenos Aires. Um etwa 8.30 wurde der Äquator gekreuzt. Die weitere Route verläuft über den Atlantik parallel zur brasilianischen Küste. Wir sind gespannt, ob wir im weiteren Flug auch auf der Flughöhe von HALO Signaturen der großen Feuer sehen - dies ist in Verbindung mit Konvektion über Amazonien nicht ausgeschlossen.
06.09.2019 SOUTHTRAC hat begonnen! HALO ist nach Argentinien gestartet

Heute um 9.00 Uhr ist HALO von Oberpfaffenhofen nach Argentinien aufgebrochen. Mit an Bord ist aus Mainz Heiko Bozem, der den langen Transfer bestreitet.

Nach dem Roll-out zeigen sich kurz Kelvin-Helmholtz-Wellen südlich von Oberpfaffenhofen. Im Vordergrund erkennt man sehr gut die Einlasssysteme am Rumpf, die die Außenluft zu den Geräten leiten.

Kurz vor dem Flug wird es noch einmal voll in der Kabine und letzte Gerätechecks werden vor dem langen Überführungsflug durchgeführt.

Die erste Zwischenstation nach ca. 6,5 Stunden Flug sind die Kapverden. Dort hat HALO nach einer kurzen Zwischenlandung einen kurzen Lokalflug durchgeführt, um mit Dropsonden der Kollegen aus Karlsruhe (KIT) die Struktur von hochreichender Konvektion zu untersuchen. Alle Geräte scheinen diesen ersten Flugtag gut überstanden zu haben und haben gemessen.

Der Flug nach Rio Grande wird morgen fortgesetzt und HALO wird in der Nacht zum Sonntag den sehr langen Weg von den Kapverden nach Buenos Aires unternehmen. Kritisch ist der sehr starke Subtropenjet auf der Südhemisphäre, der gekreuzt werden muss. Miit Windgeschwindigkeiten von über 180 km/h kann in einigen Bereichen der Gegenwind für HALO recht hoch sein und die Überquerung des Atlantiks bis Buenos Aires ohne Zwischenlandung in Brasilien verhindern. Letzteres hätte zur Folge, dass aus genehmigungsrechtlichen Gründen alle Messgeräte abgeschaltet werden müßten, was wir natürlich unbedingt vermeiden wollen. Wir warten gespannt auf die weiteren Windprognosen...

 

02.09.2019 Zweiter wissenschaftlicher Testflug - Einstellen auf patagonisches Wetter

Heute gab es einen letzten Testflug, bevor in wenigen Tagen der Transfer nach Südamerika beginnt.
Nach Warmlaufen der Geräte und letzten Tests im Hangar rollte HALO am Abend zum Betanken aufs Flugfeld.

 

Kurz vor Einbruch der Dunkelheit ging es dann los. Der auf dem Boden zurückbleibende Teil der SouthTRAC-Crew konnte sich beim Beobachten des Starts schon mal an herbstliches Wetter gewöhnen. Der meteorologische Herbst hat schließlich gestern begonnen und so können wir uns direkt auch schon auf das windige und kalte Wetter in Feuerland einstellen.

Für HALO ging die Reise nach Norden und es entstand dieses Flugmuster, das bei einem mehrfachen Überflug von Kühlungsborn die Justage der LIDAR-Geräte aufeinander ermöglichte.

Dabei wurde die Flughöhe immer wieder gewechselt, um die Geräte und alle Einstellungen auch in der Stratosphäre zu testen. Die maximale Flughöhe betrug etwa 14 km. Besonders interessant war, dass HALO sich genau innerhalb einer Tropopausenfalte befand.

                                                                           Auf der Karte links ist der Flugpfad markiert und die Färbung steht für die Tropopausenhöhe aus ECMWF-Modellvorhersagen. Über Ostdeutschland zeigen grüne und blaue Regionen an, dass die Tropopause hier deutlich tiefer liegt als im restlichen dargestellten Gebiet. Der Vertikalschnitt entlang des Flugweges im Bild unten zeigt, wie tief HALO in der Stratosphäre war - hier stellt die potentielle Wirbelstärke (PV) ein Maß für die Tropopausenlage dar. Diese befindet sich bei etwa 2 PVU, bei den orange-roten Farbtönen, und damit weit unterhalb der blau markierten Position des Flugzeugs.

 

Nach der Landung gegen 23:30 Uhr durften wir Daniel zu seinem ersten als Instrument-Operator durchgeführten Flug gratulieren!

 

28.08.2019 Erster wissenschaftlicher Testflug

Am Mittwochabend gegen 18 Uhr startete HALO, um einen wissenschaftlichen Testflug zu bestreiten.

Los ging es von Oberpfaffenhofen an die Ostsee nach Rostock. Bei mehreren Kurvenflügen wurden über Mecklenburg-Vorpommern teils schwere Gewitter überflogen. Die Wolkenobergrenze reichte dabei bis 13 km Höhe (FL 430, d.h. 43000 ft). Dabei konnte der konvektive Ausfluss dieser Gewitter vermessen werden.

Nach circa drei Stunden Flugdauer landete HALO gegen 21 Uhr wieder sicher in Oberpfaffenhofen. Der Flug verlief für alle Beteiligten reibungslos und kann als erfolgreich betitelt werden. Jetzt geht es daran die aufgezeichneten Daten zu analysieren.

HALO beim Start zum Testflug (c: Maximilian Büttner)

Die Gewitterzellen über Mecklenburg-Vorpommern wurden mehrfach überflogen. Wie man aus den unten abgebildeten Radarbildern erkennt, waren diese über einen langen Zeitraum in derselben Region aktiv.

Regenradar, 19:05 Uhr MESZ
(Quelle: https://kachelmannwetter.com/de/regenradar/mecklenburg-vorpommern/20190828-1705z.html)
Regenradar, 19:55 Uhr MESZ
(Quelle: https://kachelmannwetter.com/de/regenradar/mecklenburg-vorpommern/20190828-1755z.html)
22.08.2019 ALIMA-Bodentest

Heute gab es bis zum Sonnenuntergang Strom auf HALO im Hangar - wir konnten also noch einige Tests
mit unserem Gerät machen und dabei auch beobachten, wie unsere CO- und CO2-Werte auf Öffnen und Schließen des Hangartors und vorbeifahrende Flugzeuge auf dem Vorfeld reagierten.
Abends beim Pizza-Vesper durften wir dann die ALIMA-Show genießen. Ein ultrastarker Laser, der
bis 150 km Höhe reicht, wird hier benutzt, um die Rückstreuung von Gasmolekülen einzufangen. Daraus können Temperatur und Luftdichte abgeleitet werden, was zur Detektion und Untersuchung von Schwerewellen dient. Der Umstand, dass dieses Prinzip nur bei Dunkelheit so funktioniert, wird uns in den nächsten Wochen noch begleiten.

ALIMA-Lasershow (c: Vera Bense)
19.08.2019 EMV Flug, Leipzig, Zweites General Meeting und die ersten Flugdatenanalyse

In dieser Woche steht der EMV Flug an. Gleiches Prozedere wie beim EMV Bodentest, allerdings jetzt im fliegenden Zustand. Da die Plätze auf HALO begrenzt sind, können wir auch keinen eigenen Operator mitschicken, sondern geben das Einschalten in fremde Hände.

Gleich nach dem EMV Flug am Montag wird HALO am Dienstag für eine Nacht und einen Tag für die Erste Nationale Flugfahrtkonferenz nach Leipzig überführt. So haben die beteiligten Wissenschaftler am Dienstag Zeit für ein allgemeines Meeting. Des Weiteren können Heiko, Philipp und Vera die Zeit nutzen um die ersten Flugdaten, die beim EMV Flug gewonnen wurden, zu analysieren.

12.08.2019 Kurze Woche am DLR

Von heute bis Mittwoch sind Max und Daniel in Oberpfaffenhofen, um UMAQS zu betreuen. Auf Grund eines Feiertags in Bayern ist die Woche mit drei Tagen aber eher kurz. Deshalb werden eher grundlegende Funktionstest am Gerät durchgeführt.

08.08.2019 EMV Bodentest

Heute stand der EMV Bodentest an. Dabei werden nacheinander alle Geräte eingeschaltet, um zu testen, dass die Geräte im Flieger sich nicht gegenseitig stören, aber vor allem, dass die Geräte nicht die Bordelektronik des Fliegers beeinflussen. Philipp, der UMAQS während des Tests betreute, durfte dabei heiße Temperaturen von bis zu 50 °C (!!!) im Flugzeug aushalten. Allen Respekt hierfür! Der Test verlief zum Glück problemlos, so dass ab nun alle Geräte auch in HALO im Bodenbetrieb angeschaltet werden dürfen.

23.07.2019 Einbau UMAQS

Heute wird UMAQS in HALO eingebaut. Dies verlief ohne größere Probleme und jetzt heißt es warten bis Strom auf dem Flieger ist, um unser Gerät weiter zu testen.

17.07.2019 Anlieferung UMAQS in Oberpfaffenhofen

Am heutigen Tag beginnt für die Mainzer Gruppe die SouthTRAC Kampagne richtig. Wir holen unser Gerät in Frankfurt bei enviscope ab und liefern es nach Oberpfaffenhofen. Erste Bodentests vor Ort laufen wie geplant und Heiko und Daniel können sich sogar am Abend einen kleinen Abstecher zum Wörthsee erlauben.

Veröffentlicht am | Veröffentlicht in Allgemein

WISE_Text

WISE (Wave-driven ISentropic Exchange)

Martin Riese, Martin Kaufmann and Peter Hoor

(Forschungszentrum Jülich and Johannes Gutenberg University Mainz)

Scientific Background

Changes in the distributions of trace gases, like water vapor and ozone, and thin cirrus clouds in the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS) strongly impact radiative forcing of the Earth's climate and surface temperatures (e .g. Riese et al., 2012), and are of key importance for understanding climate change (e. g. Solomon et al., 2010). Mixing processes at the tropopause cover a scale range from the micro scale to planetary scales and have to be parameterized in global models. Uncertainties in the description of mixing, however, introduce large errors to the estimates of the radiative forcing and are thus of key importance for understanding climate change (Riese et al., 2012). It is therefore of great importance to quantify the physical and chemical processes (e.g. exchange of air masses, cirrus formation) that govern the composition of the UTLS. The so-called overworld above θ ≥ 380 K influences directly the composition of the extra-tropical stratosphere with significant contributions of air originating from the Asian monsoon circulation (Vogel et al., 2014; Ploeger et al., 2013). Below, the extra-tropical transition layer (ExTL) is strongly affected by bidirectional (quasi-isentropic) mixing across the tropopause (Hoor et al., 2010). The upper bound of the ExTL roughly coincides with the tropopause inversion layer (TIL), which constitutes a region of enhanced stability above the tropopause. The impact of radiatively active species like water vapour and ozone on the temperature structure makes the TIL a sensitive indicator for changes of ozone chemistry or changes of tropopause temperatures which directly affect water vapour which in turn feeds back into the static stability.

WISE will address the relation between composition and dynamical structure of the UTLS by focusing on the following three main research topics:

ST1)   Interrelation of the tropopause inversion layer (TIL) and trace gas distribution

ST2)  Role of Planetary wave breaking for water vapor transport into the extra-tropical lower stratosphere

ST3)   Occurrence and effects of sub-visual cirrus (SVC) in the lowermost stratosphere

 

Specific scientific questions are:
  • What is the impact of wave-driven large scale eddy mixing on the composition of the mid- to high-latitude LMS?
  • What is the role of the Asian Monsoon in moistening the extra-tropical UTLS in summer?
  • What are typical time scales for mixing and how are these related to the underlying dynamical processes and source regions
  • Does the TIL affect transport and mixing into the lower stratosphere and within the lower stratosphere?
  • Which factors determine the formation of the TIL and how do these in turn affect transport?
  • What is the link between Rossby wave breaking events and associated transport of water vapor and cirrus formation at mid latitudes?

utlsFigure 1: Schematic of the UTLS. Major UTLS features are the extra-tropical transition layer (ExTL) and the Tropopause Inversion Layer (TIL). The lowermost stratosphere (LMS) is the region in the extra-tropical stratosphere that is directly connected with the troposphere by isentropic surfaces. Wind contours (solid black lines 10ms1 interval), potential temperature surfaces (dashed black lines), thermal tropopause (red dots) and potential vorticity surface (2PVU: light blue solid line) represent data from a cross section along 60 longitude on February 15, 2006 (adapted from Gettelman et al., 2011)

Why HALO?

HALO with its capabilities constitutes the ideal platform to address these questions. The aircraft is capable of carrying a payload up to altitudes of 15.5 km or θ = 420 K which is above the lowermost stratosphere (LMS) in mid latitudes (10 to 14 km). The region is particularly in the so-called overworld which is strongly affected by the Asian summer monsoon. The flight altitude is therefore ideal for profiling the LMS by infrared limb and lidar nadir observations in combination with drop sondes. The combination of in-situ and remote sensing instruments, which is currently only available for the HALO aircraft, will result in a consistent high resolution view of the LMS from the overworld to the tropopause with unprecedented detail and coverage. Currently, only HALO is capable of providing the long duration and the altitude coverage in combination with the unique payload. It allows to investigate the vertical temperature and trace gas structure in the extra-tropical UTLS and the interaction between thermodynamical and chemical processes, which are relevant for the global understanding of mixing processes in this region.

 

Instrumentation

Addressing the WISE objectives requires a unique set of 3D measurements of temperature and static stability (N2), various trace gases (e. g. water vapor, ozone, tracers), and cirrus clouds obtained from remote sensing instruments of unprecedented resolution and data coverage, in combination with high precision in-situ observations. The 3D measurement capabilities of the new GLORIA infrared limb imager play an important role for the quantification of dynamical structures (e.g. N2) and trace gas structures associated with cross-tropopause exchange. A unique combination of limb and nadir remote sensing instruments (IR limb imaging/ lidar / uv-vis) will be used for innovative studies of optically and vertically thin cirrus clouds in the UTLS region. High-precision in-situ observations provide detailed information on mixing processes and tracer structure with high spatial resolution, which is essential to perform tracer-tracer analyses (e.g. CO-O3 correlations).

 

Campaign location and season

The evolution of baroclinic life cycles and Rossby wave breaking events and their role for cross tropopause exchange can be best observed over the Atlantic and North Sea. This includes the interaction of water vapor transport with the TIL and with the formation of SVC. An optimal campaign base would be Ireland with the opportunity of a stop on the Azores or Canary Islands. This would allow studying the temporal evolution of tracer structure and TIL on subsequent days during wave breaking events. The largest water vapor values in the UTLS occur during September/October. This is a result of wave-driven transport of water vapour, which is large from July until October in this altitude region. September/October is therefore the best period to investigate the impact of the Asian monsoon summer outflow on the composition of the LMS along with the effect of water vapor on the upper tropopause occurrence of cirrus and the feedback of the TIL and vice versa.

 

Partners:
  • Universities of Mainz, Frankfurt/Main, Heidelberg, Wuppertal
  • Forschungszentrum Jülich, Karlsruhe Institute for Technology, IPA-DLR, PTB Braunschweig

 

Recent related publications:
  • Hoor, P., Wernli, H., Hegglin, M. I., and Bönisch, H.: Transport timescales and tracer properties in the extratropical UTLS, Atmos. Chem. Phys., 10, 7929-7944, doi:10.5194/acp-10-7929-2010, 2010.
  • Jurkat, T., et al. (2014), A quantitative analysis of stratospheric HCl, HNO3, and O3 in the tropopause region near the subtropical jet, Geophys. Res. Lett., 41, 3315–3321, doi:10.1002/2013GL059159.
  • Kunkel, D., Hoor, P., and Wirth, V.: The tropopause inversion layer in baroclinic life-cycle experiments: the role of diabatic processes, Atmos. Chem. Phys., 16, 541-560, doi:10.5194/acp-16-541-2016, 2016
  • Müller, S., Hoor, P., Berkes, F., Bozem, H., Klingebiel, M., Reutter, P., Smit, H. G. J., Wendisch, M., Spichtinger, P. and Borrmann, S. (2015), In situ detection of stratosphere-troposphere exchange of cirrus particles in the midlatitudes. Geophys. Res. Lett., 42: 949–955. doi: 10.1002/2014GL062556.
  • Müller, S., Hoor, P., Bozem, H., Gute, E., Vogel, B., Zahn, A., Bönisch, H., Keber, T., Krämer, M., Rolf, C., Riese, M., Schlager, H., and Engel, A.: Impact of the Asian monsoon on the extratropical lower stratosphere: trace gas observations during TACTS over Europe 2012, Atmos. Chem. Phys., 16, 10573-10589, doi:10.5194/acp-16-10573-2016, 2016.
  • Ploeger, F., P. Konopka, R. Müller, S. Fueglistaler, T. Schmidt, J. C. Manners, J.-U. Grooß, G. Günther, P. M. Forster, and M. Riese (2012), Horizontal transport affecting trace gas seasonality in the Tropical Tropopause Layer (TTL), J. Geophys. Res., 117, D09303, doi:10.1029/2011JD017267.
  • Riese, M., F. Ploeger, A. Rap, B. Vogel, P. Konopka, M. Dameris, and P. Forster (2012), Impact of uncertainties in atmospheric mixing on simulated UTLS composition and related radiative effects, J. Geophys. Res., 117, D16305, doi:10.1029/2012JD017751
  • Riese, M., et al. (2014), Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere (GLORIA) scientific objectives, Atmos. Meas. Tech., 7, 1915-1928.
  • Vogel, G. Günther, R. Müller, J.-U. Grooß, P. Hoor, M. Krämer, S. Müller, A. Zahn, and M. Riese (2014), Fast transport from Southeast Asia boundary layer sources to northern Europe: rapid uplift in typhoons and eastward eddy shedding of the Asian monsoon anticyclone, Atmos. Chem. Phys., 14, 12745-12762, doi:10.5194/acp-14-12745-2014, 2014.
Veröffentlicht am | Veröffentlicht in Allgemein