Deutsche Polarforschungsflugzeuge starten Atmosphärenmessungen über dem Arktischen Ozean

Nach einer fünfmonatigen coronabedingten Zwangspause starteten die beiden deutschen Polarforschungsflugzeuge POLAR 5 und POLAR 6 vorgestern (30. August) von Spitzbergen aus zu ihren ersten Arktis-Messkampagnen des Jahres. Die wissenschaftlichen Messflüge bis weit in die zentrale Arktis hinein dienen der Erforschung von Atmosphäre und Meereis und ergänzen das umfangreiche Forschungsprogramm der MOSAiC-Expedition.

Auch fünf Forscher aus Leipzig sind mit an Bord. Sie wollen die Wolkenbildung und die Transformation der Luftmassen beobachten und die gewonnenen Daten mit den vorhandenen Modellrechnungen abgleichen. Die Ergebnisse der Kampagne fließen damit auch in den Sonderforschungsbereich/Transregio „Arktische Verstärkung (AC)³“, der seit 2016 unter Leitung von Prof. Dr. Manfred Wendisch von der Universität Leipzig die Klimaveränderungen in der Arktis erfolgreich untersucht.

Ursprünglich sollten im Rahmen der MOSAiC-Expedition vier Flugkampagnen stattfinden – zwei im Frühling und zwei im Sommer. Aufgrund der Corona-Pandemie aber mussten die Messflüge im Frühling ausfallen. Umso größer ist jetzt die Vorfreude der 26 beteiligten Wissenschaftler und Techniker.

„Wir sind sehr erleichtert, dass unsere beiden Sommer-Kampagnen trotz der Corona-Pandemie stattfinden dürfen und wir danken sowohl der Regierung Norwegens als auch dem Gouverneur von Spitzbergen für die gute Zusammenarbeit im Vorfeld. Ohne ihre Unterstützung wäre ein Forschungsvorhaben dieser Größe unter den gegebenen Bedingungen nicht möglich gewesen“, sagt Atmosphärenforscher und Kampagnenleiter Dr. Andreas Herber vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven (AWI).

Auf welche Weise entstehen Wolken in der Arktis?

Die deutschen Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6 sind die ersten beiden ausländischen Flugzeuge auf Spitzbergen seit dem Lockdown. Sie werden vom Flughafen Longyearbyen aus in die zentrale Arktis starten und bei jedem Flug etwa vier bis fünf Stunden in der Luft verbringen. Die dabei durchgeführten Messungen konzentrieren sich auf zwei wissenschaftliche Kernfragen.

Die beteiligten Atmosphärenforscher wollen herausfinden, auf welche Weise sich Wolken über dem Arktischen Ozean bilden und welche Rolle Aerosolpartikel und Luftwirbel dabei spielen. Dazu haben die Wissenschaftler POLAR 5 mit verschiedenen meteorologischen Messinstrumenten wie einem Lichtradar, einem Photometer und mehreren Radiometern ausgestattet.

Von vorhergehenden Untersuchungen weiß man, dass Wolken maßgeblich zur rasanten Erwärmung der Arktis beitragen. Moderne Atmosphärenmodelle aber unterschätzen bislang den Einfluss der Wolken und simulieren ihn noch nicht richtig. Aus diesem Grund wird das Team aus Forschenden des Alfred-Wegener-Instituts, der Universitäten Leipzig, Bremen und Köln sowie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Luftmassen über dem Arktischen Ozean großräumig vermessen und alle für die Wolkenbildung relevanten Faktoren im Detail untersuchen.

Geplant ist zudem, dass das Flugzeug jener Route folgt, die zuvor der Forschungseisbrecher Polarstern genommen hat. Während auf dem Schiff die atmosphärischen Parameter vor Ort erfasst werden, untersucht das Forschungsflugzeug die Entwicklung und die Transformation der Luftmassen auf dem Weg dahin.

„Mit diesen Messungen wollen wir eine Schwachstelle in den derzeitig verwendeten Vorhersagemodellen eingrenzen. Bislang stellen die Modelle die Bildung von arktischen Wolken nur unzureichend genau dar. Jetzt müssen wir die Wolkenbildung in Luftmassen entlang ihres Weges Richtung Polarstern vermessen. Anschließend vergleichen wir die gemessenen Daten mit parallellaufenden Modellrechnungen, um die Stellschrauben in den Modellen zu identifizieren, die eine zuverlässige Wolkenbeschreibung durch die Modelle bisher verhindert haben“, sagt Prof. Dr. Manfred Wendisch vom Institut für Meteorologie der Universität Leipzig .

Die Messdaten laufen zugleich in den Sonderforschungsbereich „Arktische Verstärkung (AC)3“ ein. Darin untersuchen Forscher unter der Leitung Wendischs seit vier Jahren Klimaveränderungen in der Arktis. Die bisherigen Messkampagnen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass der Untergrund, also ob sich Meereis oder offenes Wasser unter den Wolken befindet, die bodennahe Lufttemperatur wesentlich beeinflusst.

„Tiefe Wolken wirken in unseren Breiten hauptsächlich abkühlend. In der Arktis ist das anders: Hier erwärmen sie die Luft über dem Eis. Unsere bisherigen Messungen haben gezeigt, dass Wolken über Meereis die Umgebung stärker erwärmen als durch Modelle vorhergesagt“, fasst Wendisch zusammen.

War das MOSAiC-Eis besonders dick oder dünn?

Während POLAR 5 die Atmosphäre vermisst, konzentrieren sich die Meereisphysiker an Bord von POLAR 6 auf die Meereisdecke des Arktischen Ozeans. Ihr Kampagnenziel lautet, die Mächtigkeit und Oberflächeneigenschaften des Meereises in der Framstrasse sowie im zentralen Arktischen Ozean zu dokumentieren. Zum Einsatz kommt dabei vor allem der sogenannte EM-Bird – ein torpedoförmiges, elektromagnetisches Messsystem, welches vom Flugzeug in 15 Metern Höhe über die Eisoberfläche geschleppt wird.

Die beiden Flugzeuge sind am Sonntag, den 30. August 2020, das erste Mal zu Messflügen in die zentrale Arktis abgehoben. Die Rückkehr der Wissenschaftler ist für die dritte Septemberwoche geplant.