Im Tiefflug durch die Wolken

HALO steht für High Altitude and Long Range Research Aircraft. Mit einer Reichweite von über 8.000 Kilometern und einer maximalen Flughöhe von 15 Kilometern ist dieses Forschungsflugzeug perfekt geeignet für die arktischen Messtouren. Ein modernes Verkehrsflugzeug wie der Airbus A320neo erreicht dagegen nur eine maximale Flughöhe von knapp zwölf Kilometern bei einer Reichweite von 3.200 Kilometern.

Messkampagne mehreren Flugzeugen

„Mit unserem Forschungsflugzeug HALO können wir hoch über den Wolken fliegen. Von dort aus vermessen wir diese und verfolgen die Bewegung der Warmluftmassen“, erläutert Silke Groß vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Während der HALO-Kampagne kamen an Bord der Flugzeuge vor allem Fernerkundungsinstrumente wie Radar und Lidar zum Einsatz. Mit ihnen untersuchten die Wissenschaftler, welche Arten von Wolken sich über dem kalten Arktismeer bilden, wenn dort Warmlufteinschübe eintreffen.

Unterwegs warf das Team an Bord von HALO zudem zahlreiche Messsonden aus großen Höhen ab. Diese sogenannten Dropsonden erfassten während des freien Falls Temperatur, Feuchte, Wind und Druck. Wind und Druck wurden auch von Sonden gemessen, die am Flugzeug angebracht waren. Die Daten lieferten ein gutes Bild von der meteorologischen Situation vor Ort.

Um Daten zu den Strahlungseinflüssen hoch über den Wolken zu sammeln, wurde der Polarflieger P6 mit Fernerkundungsinstrumenten ausgestattet und führte koordiniert direkt oberhalb seines „Artgenossen“ P5 Messflüge durch. Bei besonders interessanten Wettersituationen kamen Polarflieger und Forschungsflugzeuge HALO, FAAM und ATR gemeinsam zum Einsatz, um die Veränderung der atmosphärischen Strahlungsflüsse, den Temperaturanstieg und den Einfluss von Wolken zu untersuchen.

Flug durch die Eiswolken

Auf Spitzbergen waren die DLR-Forschenden mit ihren Wolkensonden auf dem Polarflieger P5 des Alfred-Wegner-Instituts direkt in niedrigen Wolken unterwegs. Im Sägezahnmuster ging es im Tiefflug unterhalb von 600 Metern Flughöhe durch kalte Grenzschichtwolken. Mit hochauflösenden Wolkeninstrumenten untersuchte das Team dabei den Einfluss von Erdoberfläche, Meereis, durchbrochenem Meereis oder von dem offenen Ozean auf die Wolkenbildung, ihre Beschaffenheit, die Partikelgrößenverteilung und die Partikelform.

„Erste Ergebnisse von HALO-(AC)³ und den Vorgängerkampagnen MOSAIC und AFLUX zeigen, dass die tiefen Wolken im Frühling über dem Ozean einen höheren Wassergehalt sowie größere Partikeldurchmesser haben als über dem Meereis“, erklärt Christiane Voigt. Die weißen Wolken über dem Eis sind vom Satelliten aus kaum von der hellen Eisfläche zu unterscheiden. Über dem dunklen Ozean hingegen verändern tiefhängende Eiswolken den Strahlungshaushalt deutlich mehr.

Abgleich mit Wettersimulationen

Dabei sind die Flüge in der turbulenten Grenzschicht und in Wolken kein einfaches Unterfangen. „Es ist superspannend, in 60 Meter Höhe über dem Schelfeis zu fliegen. Die Polarflieger sind sehr gut geeignet für diese Flugmanöver und das AWI hat eine langjährige Expertise in der Polarfliegerei“, sagt Voigt.

Als Basis für die Flugplanung dienten Wettersimulationen der Universität zu Köln und der Ludwig-Maximilians-Universität München. Diese sagen mithilfe von Daten des Europäischen Wetterdienst – wie Temperatur und Luftdruck – präzise vorher, wann sich in welchen Höhen Wolken bilden werden. Diese Gebiete flog HALO zusammen mit den Polarfliegern ab und überprüfte, wie genau die Simulationen die realen Entwicklungen vorhergesagt hatten. Auf diese Weise können moderne Wetter- und Klimamodelle verbessert werden. Diese Aufgabe wird die Forschenden die nächsten Jahre beschäftigen.