PHILEAS – Messungen mit HALO in Luftmassen aus dem asiatischen Monsun
Die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre (UTLS) reagieren besonders sensitiv auf Veränderungen der chemischen Zusammensetzung. Diese Region ist von großer Bedeutung für den Strahlungshaushalt der Erdatmosphäre, hier findet auch der größte Teil des Langstrecken-Flugverkehrs statt. Um den Einfluss des Flugverkehrs richtig einordnen zu können, ist es daher wichtig zu verstehen, in welcher Hintergrundatmosphäre die Flugverkehrsemissionen stattfinden.
Der asiatische Monsun ist allgemein als regionales und saisonales Wetterereignis bekannt, das durch extreme Regenfälle zum Teil auch große Zerstörungen anrichten kann. Weniger bekannt ist, dass der Monsun eine wichtige Transportstraße für Spurenstoffe in die obere Troposphäre und untere Stratosphäre darstellt. Stark verschmutzte Luftmassen gelangen so in die Tropopausen-Region und werden von dort über die ganze Nordhemisphäre verteilt. Die UTLS ist eine Region, die besonders sensitiv auf Veränderungen reagiert und die von großer Bedeutung für den Strahlungshaushalt der Erdatmosphäre ist.
Im Rahmen der PHILEAS (Probing High Latitude Export of Air from the Asian Summer Monsoon) – Kampagne wurde dieser Spurenstofftransport und dessen Auswirkungen auf die Zusammensetzung der UTLS im August und September 2023 mit dem Forschungsflugzeug HALO untersucht.
Die Federführung bei dieser Mission lag beim Forschungszentrum Jülich und der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz. Weitere Partner sind das Leibniz-Institut für Troposphären Forschung in Leipzig, das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, das Karlsruher Institut für Technologie, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen, sowie die Universitäten Frankfurt und Wuppertal. Die PHILEAS-Kampagne ist außerdem in den Sonderforschungsbereich TPChange (gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG) eingebunden.
Das Institut für Physik der Atmosphäre des DLR war mit zwei Instrumenten an der umfangreichen wissenschaftlichen Nutzlast beteiligt. Zum einen wurde Stickstoffmonoxid und die Summe aller reaktiven Stickstoffverbindungen gemessen, zum anderen, mit einem Massenspektrometer, die atmosphärischen Spurengase Salpetersäure, Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff. Diese Spurenstoffe sind Schlüsselgrößen für das Verständnis der Ozonchemie und der Aerosolbildung in der Tropopausen-Region. Neben den Quellen am Boden tragen auch die Emissionen aus dem Flugverkehr zur Konzentration dieser Spurenstoffe in der UTLS bei.
Aus der Monsun-Antizyklone „schälen“ sich Luftwirbel mit verschmutzter Luft ab, die sich in verschiedenen Richtungen wegbewegen. Die Messkampagne PHILEAS umfasste daher drei Phasen mit Messflügen von Oberpfaffenhofen und Anchorage aus.
Ziel der Flüge im August von Oberpfaffenhofen aus war es, den westlichen Arm des Monsun-Ausläufers zu sondieren. Mit zwei Messflügen gelang es, diese verschmutzten Luftmassen über dem östlichen Mittelmeerraum zu vermessen. Zwei weitere Flüge von der DLR-Homebase aus dienten dazu die Hintergrundatmosphäre zu sondieren, also die vom Monsun unbeeinflusste Atmosphäre.
Am 21. August wurde HALO mit einem Zwischenstopp auf Island nach Alaska verlegt. Bis zum 22. September war der Flughafen Anchorage der Ausgangspunkt für weitere Messflüge. Ein Großteil von ihnen führte von Anchorage aus Richtung Südwesten, um die Luftmassen zu untersuchen, die vom östlichen Arm des Monsun-Ausläufers beeinflusst wurden. Um die Reichweite zu vergrößern, wurde bei einem dieser Flüge auf der abgelegenen Insel Adak auf den Aleuten ein Tankstopp eingelegt.
Die in diesem Jahr besonders heftigen Waldbrände in Kanada waren ein weiteres Ziel für die Messungen mit HALO. Insgesamt wurden von Anchorage aus elf Flüge durchgeführt, bevor das Forschungsflugzeug am 22. September wieder zurück nach Oberpfaffenhofen verlegt wurde. Mit dem letzten Messflug am 27. September von Oberpfaffenhofen bis nach Spitzbergen und zurück wurde noch einmal die Hintergrund-Atmosphäre vermessen.
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