HALO untersucht den Transport verschmutzter Luftmassen über dem Pazifik

Beginnend mit dem 4. August 2023 sind zunächst für zwei Wochen Flüge ab dem DLR-Standort Oberpfaffenhofen geplant. Anschließend wird das bis in 15 Kilometer Höhe aufsteigende DLR-Forschungsflugzeug HALO rund fünf Wochen von Anchorage in Alaska aus im Einsatz sein. Abschließend folgen weitere Flüge von Oberpfaffenhofen aus. Hierbei spielt HALO, eine modifizierte Gulfstream G 550, ihre große Reichweite von mehr als 8.000 Kilometer pro Flug aus.

Rund drei Tonnen wissenschaftliche Instrumente trägt das vom DLR betriebene Forschungsflugzeug bei dieser Kampagne an Bord. Diese liefern genauere Einblicke in die Transport- und Mischungsvorgänge in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre und auch, wie sich diese auf das globale Klima und Wetter auswirken.

Asiatischer Monsun wirkt auf gesamte Nordhalbkugel

Während der Sommermonate beeinflusst der asiatische Monsun die Verteilung von Aerosolen und Treibhausgasen auf der gesamten Nordhalbkugel. Durch seine großräumige Konvektion transportiert er Luft aus der verschmutzten bodennahen Grenzschicht in Südostasien bis in rund 16 Kilometer Höhe. Dort sammelt sich die verschmutzte Luft in der sogenannten Monsun-Antizyklone – einem riesigen Hochdruckgebiet in der oberen Troposphäre. Die Monsun-Antizyklone erstreckt sich zeitweise von der arabischen Halbinsel bis zur asiatischen Pazifikküste.

Von diesem Hochdruckgebiet spalten sich im Lauf des Sommers und im Frühherbst immer wieder Luftwirbel mit verschmutzter Luft ab, das heißt mit erhöhten Konzentrationen an Treibhausgasen und Aerosolen. Diese Wirbel wandern dann Richtung Nordosten über den Pazifik und werden schließlich in die untere Stratosphäre eingemischt. Neben den Verschmutzungen wird bei diesen Prozessen auch Wasserdampf in die untere Stratosphäre transportiert, der speziell in dieser Höhenregion klimarelevant ist.

„In der ersten Phase von PHILEAS soll die verschmutzte Luft in der Monsun-Antizyklone durch Messflüge von Oberpfaffenhofen in Richtung arabischer Halbinsel untersucht werden. Der Transport der verschmutzten Luftwirbel über den Pazifik nach hohen Breiten und das Mischen in die untere Stratosphäre werden in einer zweiten Kampagnenphase durch Messflüge von Anchorage aus untersucht“, sagt Prof. Martin Riese, Direktor des Jülicher Instituts für Stratosphäre.

Um den großräumigen Einfluss der Transport- und Mischungsvorgänge auf die Hintergrundatmosphäre bei hohen Breiten bewerten zu können, endet PHILEAS Anfang Oktober mit einer Messphase von Oberpfaffenhofen aus. Aus dem Vergleich mit der frühen Kampagnenphase lässt sich der Einfluss des Monsunsystems auf die untere Stratosphäre über Europa ableiten. Dafür gibt es aus früheren HALO-Expeditionen schon deutliche Hinweise.

Den Spurenstoffcocktail verstehen

Wesentliche Spurengasmessungen steuert dabei das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre bei, das mit zwei Instrumenten an PHILEAS beteiligt ist. Stickoxide, die Summe aller reaktiven Stickstoffverbindungen, aber auch atmosphärische Säuren wie Salpetersäure und Salzsäure sind wichtige Parameter, um den Spurenstoffcocktail im asiatischen Monsun zu verstehen. „Diese Spurenstoffe tragen wesentlich zur Ozonchemie in dieser sensitiven Region der Atmosphäre ebenso wie zur Bildung von Aerosolpartikeln bei“, erläutert Dr. Helmut Ziereis vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen. „Wie mit einem Express-Fahrstuhl werden die Spurengase von lokalen Quellen am Boden in die obere Troposphäre transportiert.“ Menschengemachte Emissionen durch den Verkehr oder aus der Industrie, aber auch die Verbrennung von Biomasse etwa bei Waldbränden, setzen Stickoxide und andere Spurenstoffe am Boden frei. Hinzukommen auch spezifische Quellen in der Atmosphäre selbst. Dazu zählen neben dem Flugverkehr vor allem die Produktion durch Blitze.