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Drohnen begeben sich in luftige Höhen, um den Einfluss der Eisbildung auf das Klima zu durchdringen

EU-finanzierte Wissenschaftler verwendeten mit Messinstrumenten ausgestattete Drohnen, um den Einfluss von Aerosolen auf Eiskristalle zu erforschen, von denen angenommen wird, dass sie sich auf das Klima und den Klimawandel auswirken.
Drohnen begeben sich in luftige Höhen, um den Einfluss der Eisbildung auf das Klima zu durchdringen
Es wird angenommen, dass die Wechselwirkung zwischen Wolken und Aerosolen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielt, allerdings herrscht bezüglich ihrer Bedeutung immer noch Aufklärungsbedarf. Das EU-finanzierte Projekt BACCHUS brachte 20 Institutionen und Organisationen aus einem Dutzend Ländern zusammen – insgesamt mehr als 60 Forscher, die sich auf Wolken spezialisiert haben, die Eis enthalten – um zu erforschen, wie Aerosole die Eigenschaften von Wolken verändern und sich auf den Niederschlag auswirken.

Aerosole entstehen durch menschliche Tätigkeiten oder treten natürlich in Form von Staub, Pollen, Pilzsporen, Bakterien oder marinen organischen Stoffen auf. „Wir untersuchten die Bedeutung von biogenen (natürlichen oder vorindustriellen) Emissionen im Vergleich zu anthropogenen (vom Menschen verursachten) Emissionen bezüglich der Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken in Regionen, die wichtige Regler des Erdklimas sind, wie der Amazonas-Regenwald oder die Arktis“, so Projektkoordinatorin Prof. Ulrike Lohmann, Professorin für Atmosphärenphysik am Institut für Atmosphäre und Klima an der ETH Zürich in der Schweiz.

„Für viele dieser Regionen, besonders für die Ozeane, sind nur sehr wenige Daten verfügbar“, gibt sie an. „Zunächst wollten wir herausfinden, welcher Anteil der Wolke aus Wassertröpfchen besteht und welcher aus Eiskristallen, und anschließend, wie Aerosole sich darauf auswirken.“

In den mittleren Breitengraden Europas können sogar tief liegende Wolken Eis enthalten. Das ist bedeutsam, da Eiswolken eher für Niederschlag sorgen und die Strahlungsbilanz stärker beeinflussen als Wasserwolken. Dieses Gleichgewicht zwischen der Strahlung der Sonne und dem Anteil, den die Erde zurückstrahlt, ist eine wichtige Gleichung in Modellen zum Klimawandel.

Innovative Verwendung von Drohnen zur Erforschung von Wolken

Neben satellitengestützten Fernerkundungsmessungen und Daten vom Erdboden sowie von Forschungsschiffen und großen Forschungsflugzeugen verwendete das Projekt auch Drohnen. Diese wurden mit handelsüblichen, leichten Temperatur-, Feuchtigkeits- und Aerosolsensoren ausgestattet und einige Kilometer hoch in den Himmel geschickt. Dabei handelte es sich um das erste Mal, dass Forscher Drohnen für eine solche vertikale Profilierung einsetzten, was es dem Projekt ermöglichte, repräsentativere Messungen der atmosphärischen Verhältnisse bei der Eisbildung in Wolken durchzuführen, als dies vom Boden aus möglich wäre.

Drohnen liefern bessere Ergebnisse als Forschungsflugzeuge, da Letztere zu schnell durch die Wolke fliegen. „Mit einem Flugzeug erhält man nur einige wenige Messpunkte“, so Professorin Lohmann. „Drohnen sind leicht und sehr flexibel. Sie ermöglichen auch häufigere Wolkenmessungen an verschiedenen Orten der Welt, insbesondere in abgelegenen Regionen, aus denen es kaum Daten gibt.“

Einzigartige Datenbank zu Eiswolken

Die Drohnen wurden zum ersten Mal über einem entlegenen Gebiet Zyperns eingesetzt, wo die Luft häufig voller Wüstenstaub ist. Die Daten wurden in eine einzigartige Datenbank zu Eiswolken eingespeist, in der Langzeitbeobachtungen und Felddaten über die mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken, Eiskristallisationskeime, um die sich die Kristalle bilden, und Aerosole zusammengetragen werden.

„Es gibt Datenbanken zu Aerosolen und Datenbanken zu allen meteorologischen Variablen, aber eine Datenbank zu Eiskristallisationskeimen gab es bislang nicht. Wir schufen sie aus dem Nichts“, so Professorin Lohmann. Die ersten im Handel erhältlichen Instrumente zur Messung von Eiskristallisationskeimen basierten auf einem Entwurf der Forscher des Projekts und wurden erst vor einigen Jahren auf den Markt gebracht. „Es ist eine sehr junge Disziplin“, erklärt sie.

Mit den Analysen von Eisbohrkernen aus Grönland wird die BACCHUS-Datenbank Daten aus der vorindustriellen Zeit um etwa 1300 enthalten.

Ein BACCHUS-Team umsegelte auf dem Forschungsschiff Akademik Tryoshnikov die Antarktis, um Daten für polare Klimamodelle zu sammeln. „Wir konnten viele Messungen an Eiskristallisationskeimen in einem bisher wenig erforschten Bereich des Südlichen Ozeans durchführen“, gibt Professorin Lohmann an.

„Zudem wollten wir wissen, wie wichtig zukünftiger arktischer Schiffsverkehr für die Wolken sein könnte und in welchem Maße die Verschmutzung durch Schiffe eine so unberührte Umgebung beeinflusst.“ Bislang waren die Ergebnisse zu vielschichtig, um Schlüsse zu ziehen, was auch an der Ungewissheit über die Quellen und die Beständigkeit von natürlichen Aerosolen liegt.

Schlüsselwörter

BACCHUS, Wolken, Eiswolken, Eis, Arktis, Antarktis, Klima, Klimawandel, Drohnen, Forschungsschiff, Aerosole, Umweltverschmutzung
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