In der Tropopausenregion, also der Übergangszone zwischen der Troposphäre, die das Wettergeschehen bestimmt, und der deutlich stabileren Stratosphäre, wirken Prozesse auf sehr unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen zusammen, die die Zusammensetzung dieser Region bestimmen. Diese wiederum ist für den Strahlungshaushalt der Atmosphäre in diesem Bereich und somit für die Abschätzungen der Entwicklung des zukünftigen Klimas extrem wichtig, führt jedoch zu potenzieller Variabilität der Klimaabschätzungen. Im Rahmen des nun geförderten Projekts „Empirical transport time scales in the tropopause region“, das Teil der Forschungskampagne SOUTHTRAC (Transport and Composition of the Southern Hemisphere) ist, sollen die relevanten Skalen erstmalig auch in der Südhemisphäre quantifiziert werden. Dabei wird das deutsche Höhenforschungsflugzeug HALO die Zusammensetzung beider Hemisphären vermessen.

Es wird erwartet, dass sich die Prozesse, die den Transport und die Vermischung und damit die Zusammensetzung in diesem Höhenbereich der Südhemisphäre dominieren, von denen der nördlichen Hemisphäre deutlich unterscheiden. So existiert auf der Südhemisphäre kein Gegenstück zum asiatischen Sommermonsunsystem, das die Zusammensetzung der Stratosphäre der Nordhemisphäre im Sommer und Herbst beeinflusst. Andererseits ist über der Antarktis der sogenannte Polarwirbel deutlich stärker ausgeprägt, der für die Bildung des Ozonlochs mitverantwortlich ist. Weiterhin sind aufgrund der unterschiedlichen Landmassenverteilung die Zugbahnen der Wettersysteme der mittleren Breiten und die Lage der Starkwindsysteme unterschiedlich. All dies unterscheidet die beiden Hemisphären und damit die Vermischung der Luftmassen in der Tropopausenregion, was wiederum unterschiedliche Klimawechselwirkungen mit sich bringt.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Goethe-Universität Frankfurt werden in einem gemeinsamen experimentellen und modelltechnischen Ansatz die Tropopausenregion der beiden Hemisphären untersuchen. Beide Institutionen verfügen über langjährige Expertise bei der Durchführung von flugzeuggetragenen Spurengasmessungen mit jeweils verschiedenen Ausrichtungen. Durch das geförderte Projekt werden die komplementären Messungen im Rahmen einer geplanten Mission in der Südhemisphäre mit dem Forschungsflugzeug HALO ermöglicht.

Die Messungen spezifischer Luftmassenmarker der JGU auf kurzen Zeitskalen erlauben eine Untersuchung von Mischungsvorgängen auf kurzen Zeitskalen, also der Prozessebene. Diese Messungen werden mit den hochpräzisen Spurenstoffmessungen der Frankfurter Kollegen in Beziehung gesetzt, die eine genaue Bestimmung der großskaligen Transportzeit erlauben. Ein neuartiger Modellansatz einer Mainzer Arbeitsgruppe kombiniert die Messungen auf verschiedenen Skalen und erlaubt eine Verknüpfung der Daten von der Prozessebene auf die globale Skala. Durch diese Untersuchungen wird ein verbessertes Verständnis der hemisphärischen Unterschiede erwartet, was in die Verbesserung von Klimamodellen einfließen wird. Dabei sollen in einem erweiterten Ansatz basierend auf den Ergebnissen des jetzt geförderten Projekts in näherer Zukunft auch Messdaten von Aerosolen und Wolkenpartikeln berücksichtigt werden, die im gewählten Modellansatz konsistent berücksichtigt werden können.

Die Kooperation ist als Bestandteil eines größeren Konsortiums zu sehen, das auch die TU Darmstadt umfasst ebenso wie das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, das Forschungszentrum Jülich, und das DLR Oberpfaffenhofen. Ziel dieses Konsortiums ist eine langfristige Initiative, um verschiedene skalenübergreifende Prozesse speziell dieser Höhenregion zu untersuchen, um deren Einfluss auf das Klimasystem besser zu verstehen und die Unsicherheiten der Klimaprognosen zu reduzieren.

RMU-Initiativfonds Forschung

Mit dem RMU-Initiativfonds Forschung stärken die Rhein-Main-Universitäten (RMU) ihre wechselseitige Vernetzung. Aus der letzten Ausschreibungsrunde mit insgesamt 49 Anträgen werden über die kommenden zwei Jahre sechs neue Forschungsansätze in der Afrikanistik, Bildungsforschung, Informatik, Meteorologie, Pharmazie und Wirtschaftspädagogik mit jeweils bis zu 100.000 Euro jährlich gefördert.

Kontakt:
Prof. Dr. Peter Hoor
Institut für Physik der Atmosphäre
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. 06131 39-22863
E-Mail: hoor@uni-mainz.de 
https://www.blogs.uni-mainz.de/fb08-ipa-en/univ-prof-dr-peter-hoor/

Prof. Dr. Andreas Engel
Institut für Atmosphäre und Umwelt
Goethe-Universität Frankfurt am Main
60438 Frankfurt am Main
Tel. 069 798-40259
E-Mail: an.engel@iau.uni-frankfurt.de 
https://www.uni-frankfurt.de/46115040/Andreas-Engel-Homepage