Raumfahrt

Raumfahrtmissionen

In der Erdsystemforschung (z.B. Wandel der atmosphärischen Dynamik, Strahlungshaushalt der Erde, Wasserkreislauf, Kohlenstoffkreislauf, Atmosphärenchemie oder Wettervorhersage) werden hochgenaue Messungen des Zustandes der Atmosphäre auf globaler Skala benötigt. In Verbindung mit passiver Fernerkundung sind aktive Fernerkundungssensoren auf Satelliten, wie Radar- und Lidar-Geräte, sehr leistungsfähige Werkzeuge zur Erzeugung entsprechender Datensätze. So setzen die europäischen Satellitenmissionen Aeolus und Aeolus-2, EarthCARE sowie MERLIN neuartige Lidar- und Radarsensoren ein, die weltweit einzigartig sind. Aeolus und dessen Nachfolgemission Aeolus-2 dient der Verbesserung der Wettervorhersage. EarthCARE erforscht den Wolken- und Aerosoleinfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde. Das Ziel der MERLIN-Mission ist die Erforschung des Methankreislaufs.

Aeolus und Aeolus-2

Die Kenntnis der Windgeschwindigkeit ist für Wettervorhersage und Klimaforschung von entscheidender Bedeutung. Zwischen 2018 und 2023 hat die europäische Raumfahrtagentur ESA den Satelliten Aeolus im All betrieben. Dieser trug das revolutionäre Instrument ALADIN – das erste europäische Lidar und das weltweit erste Doppler-Windlidar im Weltraum überhaupt. Der Start der Nachfolgemission Aeolus-2 ist als Teil des EUMETSAT Polar System (EPS) Programms für 2031 vorgesehen in Kooperation mit der ESA.

EarthCARE

Die Sonneneinstrahlung treibt die atmosphärische Zirkulation und ist die maßgebliche Größe für das Wetter- und Klimageschehen. Zur Bestimmung des Strahlungshaushalts der Erde, welcher das Klima kontrolliert, ist die genaue Kenntnis der terrestrischen Strahlung und deren Wechselwirkung mit den Wolken und Aerosolen sowie den Spurengasen unbedingt erforderlich. Durch simultane aktive und passive Beobachtungen der Erdatmosphäre im Rahmen der EarthCARE-Mission der ESA, welche im Mai 2024 gestartet wurde, werden neue Erkenntnisse über die Strahlungswechselwirkung von Wolken und Aerosolen ermöglicht.

MERLIN

Die Kenntnis der Methanemissionen ist für Klimaprognosen von großer Bedeutung. Unsicherheiten herrschen vor allem in der Beurteilung von Sumpfgebieten in den Tropen und borealen Wäldern, welche als größte natürliche Quellen gelten. Mit Lidarmessungen des Methangehalts der Atmosphäre soll die MERLIN-Mission dazu beitragen, die weltweiten natürlichen und anthropogenen Methanemissionen besser zu quantifizieren. Die Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt von Frankreich und Deutschland mit einem geplanten Start im Jahr 2029.

Atmosphäre, Wetter und Klima

Erdbeobachtung sowie die Interpretation von Daten mit numerischen Modellen sind zwei der Eckpfeiler der Klimaforschung.

Globales Klima

Ein maßgeblicher Teil des globalen Klimawandels seit Beginn des industriellen Zeitalters ist auf die verschiedenen anthropogenen Aktivitäten zurückzuführen, deren Wirkung den Strahlungshaushalt des Planeten verändert hat. Dies verändert über eine komplizierte Wirkungskette zunehmend eine Vielzahl von relevanten Klimaparametern (Temperatur, Niederschlag, Eisbedeckung usw.).

Wolken, Aerosole und Klima

Die Rolle von Wolken und Aerosolen im Klimasystem stellt nach wie vor eine besonders große Unsicherheit bei der Vorhersage der zukünftigen Entwicklung des Klimas, sowie beim Verständnis des Wasserkreislaufs dar. Eine Erweiterung der Kenntnisse zu Wolken- und Aerosolprozessen dient der Vertiefung unseres Verständnisses des Klimasystems und seiner Änderung und ist eine wesentliche Voraussetzung zur Beurteilung der klimatischen Auswirkungen der Verkehrsemissionen.

Klima-Chemie-Wechselwirkung

Eingehende Untersuchungen der Variabilität der stratosphärischen Ozonschicht sowie ihrer langzeitigen Veränderung haben deutlich gemacht, dass eine vollständige Beschreibung der beobachteten Schwankungen nur dann gelingt, wenn sowohl dynamische als auch physikalische und chemische Prozesse sowie deren komplexe Wechselwirkungen berücksichtigt werden.

Wasserdampf und Ozon in der Atmosphäre

Die Erkennung, Erklärung und Quantifizierung der Veränderungen Klima relevanter atmosphärischer Spurengase, besonders von Ozon und Wasserdampf, aber auch der UV-Strahlung und des Klimas gehören zu den zentralen Aufgaben der Atmosphärenforschung. Die Konzentration des stratosphärischen Ozons hat in den letzten Jahrzehnten vor der Jahrtausendwende deutlich abgenommen, besonders über der Antarktis im Frühling (Ozonloch).

Erdsystemmodellevaluierung

Die Evaluierung von Erdsystemmodellen wird durchgeführt um die Qualität eines Modells entweder gegenüber vorherigen Versionen, einem breiten Spektrum anderer Modelle oder gegenüber Beobachtungsdaten zu bewerten. Die Evaluierung von Erdsystemmodellen mit Beobachtungsdaten ist essentiell um die Modelle kontinuierlich zu verbessern und um langfristig ein verbessertes Prozessverständnis des Klimasystems zu erlangen. Ebenso ist die Modellevaluierung eine wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Klimaprognosen des 21. Jahrhunderts, die für die Erstellung von Leitlinien in der Klimapolitik verwendet werden.

Erforschung von atmosphärischen Schwerewellen

Schwerewellen werden primär in der unteren Atmosphäre angeregt, z.B. bei der Überströmung von Gebirgen, und breiten sich nach oben durch die gesamte Atmosphäre aus. Die Wellen wechselwirken mit dem Wind, was zur Folge hat, dass die Wellenausbreitung von jahreszeitlichen Änderungen der Windfelder moduliert wird. Brechende Schwerewellen deponieren Energie und Impuls in der Atmosphäre und beeinflussen damit die Temperatur und die Zirkulation.

UV-Strahlung

Die Strahlung im ultravioletten Teil des solaren Spektrums von 280 bis 400 Nanometer (nm) und insbesondere die kurzwellige UV-B Strahlung im Bereich von 280 bis 315 nm ist potentiell schädlich für Mensch, Tier und Pflanze. Sonnenbrände sind eine Hauptursache für irreparable Schäden der menschlichen Haut und für die Entstehung von Hautkrebs.