Tropische Wolken im Fokus: ORCESTRA
ORCESTRA (Organized Convection and EarthCARE Studies over the Tropical Atlantic) baut auf der Arbeit früherer Kampagnen wie NARVAL (2013, 2016) und EUREC4A (2020) auf. In den früheren Projekten untersuchten Wissenschaftler*innen, wie kleine tropische Wettersysteme, wie zum Beispiel Wolkencluster, große Wetterbewegungen beeinflussen. Dieses Mal lag der Schwerpunkt auf den Antriebskräften und Auswirkungen der mesoskaligen konvektiven Organisation in den Tropen.
Im Sommer 2024 ließ ORCESTRA acht unabhängige Messkampagnen unter einem gemeinsamen Dach zusammenspielen; sie alle beschäftigten sich aus verschiedenen Perspektiven mit der Frage:
Wie organisieren sich Wolken und welchen Einfluss hat dies auf unser Klima?
Insgesamt wurden während ORCESTRA über 2000 Atmosphärenmessungen (mit Radiosonden und Dropsonden), 90 ozeanografische Profile, 70 Forschungsflüge und 45 Drohnenflüge durchgeführt. Darüber hinaus wurden mit dem Klimamodell ICON Simulationen im Umfang von 14 Terabyte erstellt. Mehr als 200 Wissenschaftler*innen und Techniker*innen von fast 50 Institutionen waren an der Kampagne beteiligt.
Die Region der Messungen im Fokus
Die Region der Kampagnen war das Gebiet der innertropischen Konvergenzzone (ITCZ). Diese ist ein wichtiger Teil der Hadley-Zirkulation, einem globalen Zirkulationssystem. 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 Niederschlags verantwortlich ist. 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 fünf Kilometern 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 Klimaforschende Modelle mit höherer Auflösung benötigen. Zur vollständigen Beschreibung der Zirkulation benötigt man Profile vom oberen Bereich des Ozeans bis zur Tropopause, also von einer Tiefe von bis zu 1,5 Kilometern im Ozean bis in eine Höhe von 15 Kilometern in der Atmosphäre. Die Daten hierfür lieferten während der ORCESTRA-Kampagne drei Forschungsflugzeuge, ein Forschungsschiff und zwei Beobachtungsstationen, eine auf den Kapverden und eine auf Barbados, sowie der Satellit EarthCARE.
BOW-TIE war eine von acht unabhängigen Messkampagnen in ORCESTRA.
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
Die Messkampagne BOW-TIE untersuchte, wie Gewitter und deren Wechselwirkungen mit dem Ozean die ITCZ im Atlantik verändern.
Entstanden ist das Projekt BOW-TIE aus einem Antrag auf Schiffszeit in 2019 – doch dann kam die Pandemie. Die Aufschubzeit sorgte letztlich 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, durchquerte das Schiff die ITCZ mehrfach. Die Fahrtroute erlaubte es, Querschnitte der ITCZ (inklusive oberer Ozean) mit den umgebenden meteorologischen Bedingungen zu erstellen und sie mit langjährigen Bojenmessungen des PIRATA-Netzwerks zu verknüpfen, welches seit 1997 meteorologische und ozeanografische Daten zur Verbesserung der Wettervorhersage und der Klimaforschung sammeln.
Die BOW-TIE-Messungen liefern Vergleichsdaten für Klimamodelle, die Phänomene in Sturmgröße genau abbilden können.
PERCUSION
PERCUSION war eine deutsche Initiative, die mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO und dem ESA-Satelliten EarthCARE untersuchte, wie tropische Wolkenmuster über dem Meer entstehen und wie diese Wolken das Wetter in größeren Regionen beeinflussen.
PERCUSION baute auf früheren Forschungsprojekten, wie NARVAL und EUREC4A, auf und untersuchte 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 ITCZ.
Diese Messkampagne ergänzte die bisherigen EUREC4A-Messungen, die sich auf die winterlichen Passatwinde konzentriert haben. Das Forschungsflugzeug HALO flog für drei Wochen über dem westlichen tropischen Atlantik von Barbados aus und für drei Wochen über dem östlichen Atlantik von den Kapverden aus. Während dieser Flüge wurden Wolken und Luftströme in verschiedenen Luftmassen untersucht: Im Osten in Luftmassen mit hoher Staubbelastung durch die Sahara und im Westen in relativ partikelfreier Luft oder in gealterten Staubschichten.
Die Untersuchungen helfen, die Messungen des EarthCARE-Satelliten, der weltweit Wolken beobachtet, zu überprüfen und zu verbessern.
PERCUSION war eine von acht unabhängigen Messkampagnen in ORCESTRA.
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
