Tropische Wolken im Fokus: ORCESTRA lässt 8 Messkampagnen zusammenspielen
ORCESTRA - Organized Convection and EarthCARE Studies over the Tropical Atlantic
ORCESTRA baut auf der Arbeit früherer Kampagnen wie NARVAL (2013, 2016) und EUREC4A (2020) auf. In den früheren Projekten untersuchten Wissenschaftler, wie kleine tropische Wettersysteme, wie zum Beispiel Wolkencluster, große Wetterbewegungen beeinflussen. Dieses Mal liegt der Schwerpunkt auf den Triebkräften und Auswirkungen der mesoskaligen konvektiven Organisation in den Tropen.
Im Sommer 2024 lässt ORCESTRA acht unabhängige Messkampagnen unter einem gemeinsamen Dach zusammenspielen; sie alle beschäftigen sich aus verschiedenen Perspektiven mit der Frage:
Wie organisieren sich Wolken und welchen Einfluss hat dies auf unser Klima?
Die Region der Messungen im Fokus
Die Region der Kampagnen ist das Gebiet der ITCZ. Die innertropische Konvergenzzone (ITCZ) ist ein wichtiger Teil der Hadley-Zirkulation, einem globalen Luftströmungssystem. In der ITCZ steigen Luftmassen auf, was zu intensiven Regenfällen führt. Diese Zone ist zentral für das Klima, weil sie Wärme und Feuchtigkeit weltweit verteilt und für etwa ein Drittel des globalen Regens verantwortlich ist. Die ITCZ ist entscheidend für das Klimasystem der Erde. Mit der Erwärmung des Klimas wird erwartet, dass sich die ITCZ verändert. Klimamodelle haben jedoch Schwierigkeiten, diese Veränderungen genau vorherzusagen, da die Prozesse in der ITCZ sehr komplex sind.
Neue Erkenntnisse zeigen, dass auch mesoskalige Prozesse, also meteorologische Vorgänge mit einer horizontalen Ausdehnung von etwa 5 km bis zu mehreren hundert Kilometern, wie zum Beispiel Gewitterwolken und Böen, das große Gesamtbild der ITCZ bestimmen. Das heißt, um die großräumige Zirkulation in den Tropen richtig abbilden zu können, müssen auch die Effekte der einzelnen Wolken berücksichtigt werden. Um solche mesoskaligen Prozesse besser verstehen zu können, müssen sie genauer untersucht werden, wofür Klimatologen Modelle mit höherer Auflösung benötigen. Voraussetzung dafür sind Beschreibungen der ITCZ, die den Bereich von der Tropopause bis in den oberen Bereich des Ozeans abdecken, also von einer Tiefe von bis zu 1,5 Kilometern im Ozean bis in eine Höhe von 15 Kilometern. Die Daten dafür liefern während der ORCESTRA-Kampagne drei Forschungsflugzeuge, ein Forschungsschiff und zwei Beobachtungsstationen, eine auf den Kapverden und eine auf Barbados.
Das Ziel von ORCESTRA ist es, das Verständnis über die Prozesse in der ITCZ zu vertiefen.
ORCESTRA ermöglicht es, die Arbeit von EUREC4A aufzugreifen und mit aktuellen Technologien zu einem besseren Verständnis dieser zentralen, klimarelevanten Region und ihrer zukünftigen Veränderung beizutragen. Zusätzlich erhebt ORCESTRA Referenzpunkte für die Kalibirierung und Validierung der Satellitenfernerkundung durch EarthCARE.
Ein weiterer positiver Effekt der Messkampagnen ist die Verbesserung der Klimamodelle, da diese unser Verständnis der meteorologischen Prozesse zusammenfassen und erweitern. ORCESTRA sammelt Daten für eine neue Generation hochauflösender, sturmauflösender Klimamodelle.
BOW-TIE ist eine von acht unabhängigen Messkampagnen, die zusammen unter dem Dach ORCESTRA durchgeführt werden.
Infrastruktur: Forschungsschiff METEOR
Region: tropischer Atlantik
Zeitraum der Kampagne: August und September 2024, dauernde Messungen im Wettergeschehen
Wissenschaftliche Leitung: Dr. Daniel Klocke, Max-Planck-Institut für Meteorologie
Koordination: Yuting Wu, Max-Planck-Institut für Meteorologie
BOW-TIE
In der innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) treffen die Passatwinde der nördlichen und südlichen Hemisphäre aufeinander. Diese Zone ist bekannt für starke Regenfälle und hohe Wolkenbildung, die durch diese Konvergenz entstehen. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass diese Wolkenbildung nicht nur eine Folge der ITCZ ist, sondern sie auch aktiv beeinflusst. Die Messkampagne BOW-TIE untersucht daher, wie Gewitter und deren Wechselwirkungen mit dem Ozean die ITCZ im Atlantik verändern.
Entstanden ist das Projekt BOW-TIE zuerst aus einem Antrag auf Schiffszeit in 2019 – doch dann kam die Pandemie. Die Aufschubzeit sorgte letztendlich dafür, dass eine Reihe von Kampagnen räumlich und zeitlich unter dem Dach von ORCESTRA verbunden werden konnten. Der Name dieser Messkampagne ergab sich aus der ursprünglich geplanten Fahrtroute des Forschungsschiffs, die an eine Fliege (das Kleidungsstück, englisch: bow tie) erinnerte. Um die Auswirkungen konvektiver Stürme auf die Eigenschaften der ITCZ zu verstehen, soll das Schiff die ITCZ mehrfach durchqueren und vermessen. Die aktuelle Fahrtroute erlaubt es, Querschnitte der ITCZ (inklusive oberer Ozean) mit den umgebenden meteorologischen Bedingungen zu erstellen und sie mit langjährigen Bojenmessungen des PIRATA-Netzwerks zu verknüpfen. Das PIRATA-Netzwerk (Prediction and Research Moored Array in the Atlantic) ist ein System von fest verankerten Beobachtungsbojen im tropischen Atlantik, die seit 1997 meteorologische und ozeanographische Daten zur Verbesserung der Wettervorhersage und der Klimaforschung sammeln.
Die BOW-TIE-Messungen liefern Vergleichsdaten für Klimamodelle, die Phänomene in Sturmgröße genau abbilden können. Dadurch wird besser verständlich, warum diese Modelle die tropischen Wettersysteme genauer darstellen können.
PERCUSION
PERCUSION ist eine deutsche Initiative, die mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO und dem ESA-Satelliten EarthCARE untersucht, wie tropische Wolkenmuster über dem Meer entstehen und wie diese Wolken das Wetter in größeren Regionen beeinflussen.
PERCUSION baut auf früheren Forschungsprojekten, wie NARVAL und EUREC4A, auf und untersucht zusätzliche Wetterphänomene und Luftpartikel über den tropischen Ozeanen. Es erweitert das Verständnis, wie Wolken und Luftströme in diesen Gebieten zusammenwirken, besonders in der Nähe der intertropischen Konvergenzzone (ITCZ).
Diese Messkampagne wird die bisherigen EUREC4A-Messungen ergänzen, die sich auf die winterlichen Passatwinde konzentriert haben, und ein umfassenderes Bild der tropischen Wetterzirkulation liefern. Dabei werden auch die Auswirkungen verschiedener Luftpartikel (Aerosole) untersucht. Das Forschungsflugzeug HALO wird für drei Wochen über dem westlichen tropischen Atlantik von Barbados aus und für drei Wochen über dem östlichen Atlantik von den Kapverden aus fliegen. Während dieser Flüge werden Wolken und Luftströme in verschiedenen Luftmassen untersucht: Im Westen in relativ partikelfreier Luft oder in gealterten Staubschichten und im Osten in Luftmassen mit hoher Sahara-Staubbelastung.
Die Untersuchungen helfen, die Messungen des EarthCARE-Satelliten zu überprüfen und zu verbessern. EarthCARE beobachtet Wolken weltweit. Die Daten von HALO werden verwendet, um sicherzustellen, dass die EarthCARE-Daten genau und verlässlich sind, wodurch lokale Studien auf die globale Ebene ausgeweitet werden können.
PERCUSION ist eine von acht unabhängigen Messkampagnen, die zusammen unter dem Dach ORCESTRA durchgeführt werden.
Infrastruktur: Forschungsflugzeug HALO
Region: tropischer Atlantik
Zeitraum der Kampagne: August und September 2024, punktuelle Messungen, gezielter Anflug bestimmter Phänomene
Wissenschaftliche Leitung: Dr. Julia Windmiller, Max-Planck-Institut für Meteorologie
Koordination: Yuting Wu, Max-Planck-Institut für Meteorologie
