In-situ-Instrumentation: Wolken
Das Institut für Physik der Atmosphäre betreibt eine Vielzahl an verschiedenen Sensoren zur Detektion und Charakterisierung von Wolkenpartikeln auf den Forschungsflugzeugen HALO und Falcon. Die Instrumente werden unter dem Flügel der Flugzeuge oder direkt am Rumpf angebracht, um so flüssige und eisförmige Partikel ungestört in der Atmosphäre messen zu können. Neben den Flugzeugmessungen werden die Sonden auch zur Windtunnelcharakterisierung genutzt.
Das Größenspektrum der gemessenen Partikel reicht von Sub-Mikrometer zu mehreren Millimetern und deckt damit alle Wolkentypen und deren Wachstumsphasen ab.
Die Partikel werden durch verschiedene Methodiken detektiert und analysiert: Kleine Partikel werden mit Streulichtspektrometer (z.B. der FFSSP oder FCDP) gemessen, d.h. die Partikel durchfliegen Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge, welches dabei gestreut wird. Der gestreute Lichtpuls wird auf einem Detektor registriert und anhand von Kalibrationsdaten einer Partikelgröße zugeordnet. Größere Partikel werden als Schattenbilder auf Diodenzeilen oder –arrays festgehalten (z.B. mit der 2DS und der PIP). Die Analyse der Bilder auf den sich in Flugrichtung bewegenden Dioden ermöglicht es eine Aussage über die Größe, die Form und damit auch die Phase des Partikels zu machen. Die Messung des Wasser- bzw. Eismassengehaltes der Partikel erfolgt mit sogenannten Hotwire (heißen Drähten) – Instrumenten (z.B. der Nevzorov). Die flüssigen Tröpfchen werden beim Auftreffen auf den heißen Draht verdampft und die Sublimationskühlung wird gemessen. Eispartikel werden in einem kleinen Zylinder gesammelt und wie die Tropfen verdampft.
Die Kombination der Instrumente ermöglicht es viele Wolkentypen von Mischphasenwolken, Gewitterwolken bis hin zu Kondensstreifen und Zirren zu untersuchen um drängende Fragen der Klimaforschung zu beantworten. Die mikrophysikalischen Parameter, die mit diesen Instrumenten abgeleitet werden, dienen der Validierung von Fernerkundungsinstrumenten und numerischen Modellen und helfen so, die Rolle der Wolken in der Klimasensitivität zu ermitteln.