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30.04.2012

Spektroskopische Untersuchung der Eigenschaften von Mischphasenwolken in der Arktis


Für Klimamodelle sind Mischphasenwolken, die sich aus Eiskristallen und Wassertropfen zusammensetzen, von großer Bedeutung. Über deren Eigenschaften soll jetzt die VerDI-Kampagne (Vertical Distribution of Ice in Arctic Clouds) Aufschluss geben: Koordiniert durch die Universität Leipzig ist das Forschungsflugzeug "Polar 5" am 22. April 2012, von der kanadischen Stadt Inuvik aus in die Arktis gestartet. Mit an Bord ist auch das Spektrometer NIXE-CAPS, mit dem Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich die Wolkenpartikel untersuchen.

"Wir wissen bisher leider nur sehr wenig über Mischphasenwolken, obwohl deren Eigenschaften so wichtig sind", sagt Dr. Martina Krämer vom Jülicher Institut für Energie- und Klimawissenschaften. Denn Wolken sorgen zum einen dafür, dass die Wärmestrahlung der Erde in der Atmosphäre bleibt, zum anderen reflektieren sie auch die Sonnenstrahlung und kühlen dadurch die Erde. Die Größe der Effekte hängt von der Beschaffenheit der Wolke ab, in Mischphasenwolken vor allem von deren Eis-Anteil.

Die Kampagne VerDI, bei der mehrere deutsche Forschungseinrichtungen miteinander kooperieren, soll darüber Aufschluss geben. Etwa einen Monat lang starten Forschungsflüge mit der "Polar 5". Das Spektrometer aus Jülich spielt eine wichtige Rolle: "NIXE-CAPS kann nicht nur die Größe der Wolkenpartikel messen, sondern auch bestimmen, ob es sich um Wassertropfen oder Eiskristalle handelt", sagt Krämer. Dies lässt Rückschlüsse auf den Grad der Vereisung der Wolke zu.

NIXE-CAPS besteht aus zwei Teilen. Im oberen Teil misst ein Laser die Größe jedes einzelnen Wolkenpartikels: Je nachdem, wie groß der Partikel ist, wird das Laserlicht unterschiedlich stark gestreut. "So werden Größen von 0,6 bis 50 Mikrometer erfasst", erklärt Krämer. Der untere Teil des Spektrometers misst Partikel, die zwischen 15 Mikrometern und einem Millimeter groß sind.

Hierbei trifft ein Laserstrahl auf die Wolkenpartikel und erzeugt ein Schattenbild, dessen Größe und Form dann von Messdioden bestimmt wird. Anhand der sogenannten Sphärizität lassen sich so auch flüssige Wassertropfen von festen Eiskristallen unterscheiden: Tropfen sind sphärisch, also rund, Eiskristalle asphärisch, also unregelmäßig geformt.

Schon im Rahmen der "Coalesc"-Kampagne im März letzten Jahres hatten die Jülicher Forscher um Krämer Mischphasenwolken untersucht, damals mit Forschungsflügen im britischen Exeter. Von den Messungen in der Arktis erhoffen sie sich weitere Auskünfte.

Quelle: Forschungszentrum Jülich




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