Neuer Datenschatz über die Atmosphäre der Passatregion verfügbar

Dreizehn Wissenschaftler*innen aus Deutschland, Frankreich und den USA arbeiteten zusammen, um Messungen durchzuführen und sie zu einem Datensatz zu verarbeiten, der eine umfassende Beschreibung der thermodynamischen und kinematischen Aspekte der Atmosphäre in der Passatregion über dem Nordatlantik bietet. Die Arbeit wurde von Dr. Geet George geleitet, einem Postdoc am Max-Planck-Institut für Meteorologie, der auch für die Handhabung der Dropsonden an Bord des Flugzeugs HALO während der EUREC4A-Feldkampagne im Jahr 2020 verantwortlich war.

Eine Dropsonde ist ein Gerät, das von einem Flugzeug aus abgeworfen wird, um beim Hinabfallen nach unten ein vertikales Profil der atmosphärischen Eigenschaften zu erhalten. Es misst den Standort mit Hilfe globaler Navigationssysteme (z. B. GPS) und leitet daraus die Windgeschwindigkeit und -richtung ab, während es gleichzeitig Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit misst. Dropsonden können genutzt werden, um In-situ-Daten in entlegenen Regionen zu sammeln und atmosphärische Prozesse und Veränderungen zu verstehen.

 

Dr. George und seine Kolleg*innen nutzten diese Daten zur Erstellung von JOANNE, einem kürzlich veröffentlichten Datensatz, der die Dropsondenmessungen der EUREC4A-Feldkampagne enthält. JOANNE ist die größte Sammlung von Dropsondenmessungen mit einheitlich gerasterten Datenprodukten. Die Verwendung eines solchen einheitlichen vertikalen Gitters für alle Daten erleichtert es den Wissenschaftler*innen, die Messdaten für verschiedene Analysen zu nutzen. Die Daten sind zudem so aufbereitet, dass sie sowohl die horizontale als auch die vertikale Variabilität der Atmosphäre beschreiben, was den Datensatz einzigartig macht. Der Datensatz ist auf dem Portal AERIS öffentlich zugänglich und enthält Messungen von 1215 Dropsondenstarts, die von den Forschungsflugzeugen HALO und WP-3D („Miss Piggy“) im Rahmen von EUREC4A durchgeführt wurden.


Wie die Daten gesammelt wurden

Die Messstrategie für EUREC4A wurde hauptsächlich von Prof. Bjorn Stevens (Max-Planck-Institut für Meteorologie) und Dr. Sandrine Bony (Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris) entwickelt, und war ein zentraler Aspekt für die kreisförmigen Flugbahnen von HALO. Die Messstrategie wurde angepasst für die WP-3D von Dr. Robert Pincus und Dr. Chris Fairall im Rahmen der von der Wetter- und Ozeanografie­behörde der Vereinigten Staaten (NOAA) finanzierten ATOMIC-Kampagne, eine von mehreren national finanzierten Komponenten von EUREC4A. Während das Flugzeug Kreise flog, warf es Dropsonden und auch AXBTs – Geräte, die vertikale Temperaturprofile im oberen Ozean messen – in niedrigeren Höhen in „Rasenmähmustern“ ab. Das JOANNE-Logo spiegelt die Flugbahnen der Flugzeuge und ihr jeweiliges Aussehen sowie die Skizze einer Dropsonde wider.


Wie die Daten bearbeitet und bereitgestellt werden

Der Datensatz wird in fünf Stufen bereitgestellt (Level-0 bis 4; siehe Abbildung unten), wobei jede nachfolgende Stufe eine höhere Ordnung der Verarbeitung und des Produktabrufs beinhaltet. Die von den Dropsonden-Instrumenten erfassten Rohdaten werden mit der hochmodernen ASPEN-Software verarbeitet und durchlaufen eine Reihe strenger Qualitätskontrollen, um sie als good, bad oder ugly einzustufen. In Stufe 3 stellt JOANNE die Dropsondendaten in einem einheitlichen vertikalen Gitter mit einem Abstand von 10 m zur Verfügung. Das Kernstück der EUREC4A-Feldkampagne sind die in Stufe 4 enthaltenen mesoskaligen Messungen der atmosphärischen Zirkulation, dazu gehören zum Beispiel die horizontale Massendivergenz sowie die vertikale Geschwindigkeit und Druckgeschwindigkeit.

 

 

Wofür die Daten verwendet werden

Die direkte Anwendung der JOANNE-Daten liegt vor allem in der Unterstützung bei der Kalibrierung und Verarbeitung von Daten anderer Instrumente, die während EUREC4A eingesetzt wurden. Mehrere Studien haben den Datensatz bereits verwendet, und die Produkte von Stufe 3 scheinen am beliebtesten zu sein. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind die Abschätzung des atmosphärischen Strahlungsprofils und das Verständnis der Einflüsse von „Cold Pools“. Das sind kleinräumige Gebiete kalter Luft, die durch Verdunstungsabkühlung unterhalb regnender Wolken entstehen und sich beim Auftreffen auf die Erdoberfläche unter den Niederschlagswolken ausbreiten.

 

Ein besonders interessanter Aspekt ist die Verfügbarkeit von Gradienten in Stufe 4, also dem Änderungsverlauf von physikalischen Größen wie Temperatur und Druck, die über die Messfläche gemittelt wurden. Diese Gradienten versprechen nämlich einen besseren Einblick in die mesoskalige Zirkulation und genauere Antriebsfaktoren für regionale Klimamodelle. Beides kann einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Wolken und atmosphärischen Prozessen in den Passatregionen leisten.

 

Originalveröffentlichung:

George, G., Stevens, B., Bony, S., Pincus, R., Fairall, C., Schulz, H., Kölling, T., Kalen, Q. T., Klingebiel, M., Konow, H., Lundry, A., Prange, M., and Radtke, J.: JOANNE: Joint dropsonde Observations of the Atmosphere in tropical North atlaNtic meso-scale Environments, Earth Syst. Sci. Data, 13, 5253–5272, https://essd.copernicus.org/articles/13/5253/2021/essd-13-5253-2021.html , 2021.


Kontakt:
Dr. Geet George
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: geet.george@we dont want spammpimet.mpg.de