Der Wasserhaushalt der Troposphäre, der untersten Schicht der Erdatmosphäre, bestimmt das Wetter und spielt eine zentrale Rolle bei Klimaveränderungen. Einblick in die zugrundeliegenden Mechanismen bietet die Isotopenzusammensetzung des Wasserdampfes, also das Verhältnis leichter und schwerer Wassermoleküle. Klimaforscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sammeln die erforderlichen Daten sowohl mit Messungen vor Ort (in-situ) als auch mit Fernerkundungsinstrumenten, etwa per Satellit. In einer aktuellen Kampagne kombinierten sie beide Methoden: Dabei konnten sie erstmals die Genauigkeit der Fernerkundungsmessungen nachweisen.

„Verdampfungs- und Kondensationsprozesse von Wasser sowie die starke Treibhauswirkung von Wasserdampf und Wolken haben entscheidenden Einfluss auf die Energiebilanz der Atmosphäre und des gesamten Planeten“, so Matthias Schneider vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) am KIT. „Diesen komplexen Wasserkreislauf müssen wir besser kennen, um unser Klima verstehen und seine Entwicklung zuverlässig abschätzen zu können.“ Um hier ein globales Bild zu erhalten, seien verlässliche Fernerkundungsmessungen erforderlich. Die Messdaten sollen dann dabei helfen, die Verlässlichkeit von Klimamodellen zu verbessern.

Bei der Kampagne über dem Ozean vor der Kanareninsel Teneriffa bestimmten die Wissenschaftler in insgesamt sechs Messflügen die Isotopenzusammensetzung des Wasserdampfes in bis zu sieben Kilometern Höhe. Dafür nutzten sie das am IMK speziell für den Einsatz auf Flugzeugen entwickelte Diodenlaser-Spektrometer ISOWAT, das Messungen mit hoher Genauigkeit und großer zeitlicher Auflösung ermöglicht, sowohl für trockene als auch für feuchte Bedingungen. Zeitgleich und in Zusammenarbeit mit dem Spanischen Wetterdienst (AEMET) erhoben sie Daten von Teneriffa aus, auf 2370 und 3550 Metern Höhe, mit zwei kommerziellen In-situ-Instrumenten und mit einem Infrarot-Instrument des weltweiten Messnetzes NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change). Zur globalen Erfassung stützten sich die Wissenschafter außerdem auf die Daten des Infrarot-Instruments IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer), das auf dem europäischen Wettersatelliten METOP im Einsatz ist. Die Flüge mit dem Forschungsflugzeug wurden mit den Messungen am Boden genauso koordiniert wie mit den Satellitenüberflügen.

„Für diese Kampagne haben wir die am IMK entwickelten Messverfahren sowohl für die boden- und satellitengestützte Fernerkundung als auch für die flugzeuggestützte In-situ-Messung kombiniert“, so Matthias Schneider. „Die Instrumente lieferten einheitliche Ergebnisse – damit können wir die Genauigkeit der Fernerkundungsinstrumente, das heißt die Qualität der von ihnen gelieferten Daten, bestätigen.“ Die Gruppe ist damit die erste, die eindeutig zeigen konnte, dass sowohl das weltweite Messnetz NDACC mit Bodenstationen als auch moderne Wettersatelliten ein globales Bild der Isotopenzusammensetzung des troposphärischen Wasserdampfes ermitteln können.

Über die Isotopenzusammensetzung die Mechanismen des atmosphärischen Wasserhaushalts besser zu verstehen, ist Ziel des Projekts MUSICA, das Schneider am IMK koordiniert. MUSICA steht für „MUlti-platform remote Sensing of Isotopologues for investigating the Cycle of Atmospheric water”. Der Europäische Wissenschaftsrat (European Research Council, ERC) fördert MUSICA mit 1,5 Millionen Euro, das Projekt läuft fünf Jahre.


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http://www.kit.edu/besuchen/pi_2013_13882.php

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (09/2013)