Starkregen in Afrika

Ein internationales Wissenschaftlerteam erforscht in Westafrika die Variationen des Monsuns und dessen Folgen für die Landwirtschaft und die Gesundheit der Bevölkerung. Daran beteiligt sind Wissenschaftler des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Forschungszentrums Karlsruhe und der Universität Karlsruhe. Sie untersuchen in Burkina Faso die Entstehung und Ausbreitung großräumiger Gewittersysteme, der einzigen Quelle für Niederschläge in dieser Region. Die Gewittergebiete erstrecken sich dabei über mehr als 100 000 Quadratkilometer und führen zu Regenmengen von bis zu 50 Litern pro Quadratmeter in einer halben Stunde.

Die Regionen der Erde im Übergangsbereich von feuchten zu trockenen Klimaten reagieren sehr empfindlich auf Schwankungen des Klimas. Besonders deutlich wurde dies in den letzten Jahrzehnten durch die langanhaltende Trockenheit in der Sahelzone südlich der Sahara, die Millionen von Menschen betraf. Der in manchen Jahren nahezu ausbleibende, in anderen Jahren sehr intensive Regen wird durch das Monsun-Windsystem Westafrikas gesteuert, welches im Zeitraum von Juni bis September feuchte Luftmassen in das Innere des Kontinents verfrachtet. Der einsetzende Regen hat dann positive Folgen für die Landwirtschaft, bringt aber auch die Ausbreitung von Stechmücken und der Malaria mit sich. Ein zurzeit laufendes, großes europäisches Forschungsvorhaben (AMMA: Afrikanischer Monsun: Multidisziplinäre Analysen, https://www.amma-eu.org/, EU 6. Rahmenprogramm) soll die Ursachen der Veränderlichkeit des Monsuns und dessen Folgen für die Landwirtschaft und die Gesundheit der betroffenen Bevölkerung klären. Das EU-Forschungsvorhaben AMMA basiert auf einer französischen Initiative und wird mit insgesamt 36 europäischen und vier afrikanischen, pannationalen Organisationen durchgeführt und von der französischen Einrichtung CNRS (Centre National Recherche Scientifique) koordiniert. Es ist in das internationale AMMA-Projekt eingebettet, an welchem sich unter anderem die Vereinigten Staaten und viele weitere afrikanische Institutionen beteiligen (http://www.amma-international.org/).

An den Messungen sind sechs Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Forschungszentrums Karlsruhe und der Universität Karlsruhe beteiligt. Sie arbeiten im Sommer 2006 mehrere Monate in der Stadt Dano in Burkina Faso, einem der ärmsten Länder Westafrikas.

Die Karlsruher Wissenschaftler untersuchen die intensivsten Wetterereignisse der Region. Dabei handelt es sich um einen großräumigen Zusammenschluss mehrerer einzelner Gewitterzellen zu einem großen regionalen Gewittersystem. Wie die Messungen ergaben, können diese Gebiete mehr als 100 000 Quadratkilometer umfassen und rund 18 Kilometer hoch in die Atmosphäre ragen. In lokal begrenzten aktiven Kernbereichen fallen dabei bis zu 50 Liter Regen pro Quadratmeter in einer halben Stunde.

Diese Gewittersysteme, so genannte MCS (= Mesoscale Convective System), sind praktisch die einzige Quelle von Regenwasser in dieser Region der Erde. Während und nach dem Durchgang der MCS wurden bis zu 6 Radiosonden am Tag gestartet, um den Aufbau der Atmosphäre bis 20 Kilometer Höhe zu erfassen. Die hochreichenden Gewittersysteme werden von Luft am Boden gespeist. Die Aufwindgeschwindigkeiten erreichen dabei bis zu 80 Kilometer pro Stunde. Die für den Niederschlag notwendige Feuchtezufuhr erfolgt weitgehend durch den Monsunwind, der Luft in einer Schichtdicke von nur 800 Metern vom atlantischen Ozean herantransportiert.

Um die Verdunstung zuvor gefallenen Niederschlags zu berücksichtigen, wird im angrenzenden Bontioli-Nationalpark der Austausch von Wasser, Energie und verschiedenen Gasen zwischen der Baum-Savanne und der Atmosphäre untersucht. Auch die Bodenfeuchte wird mit neuesten Verfahren gemessen. Es zeigte sich, dass gerade die Gebiete prädestiniert für Folgeniederschläge sind, wo der durch den vorangegangenen Monsunregen feuchte Boden die Wolken- und Gewitterbildung besonders begünstigt.

Ausgangsbasis zahlreicher Untersuchungen ist die Forschungsstation der Dreyer-Stiftung in der Stadt Dano, deren wissenschaftliches Programm vom Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF, Universität Bonn) koordiniert wird.

Forscherinnen und Forscher deutscher Einrichtungen leisten maßgebliche Beiträge zu dem Programm AMMA mit intensiven Messungen in der Region im Jahr 2006, mit Langzeitbeobachtungen sowie mit Modelluntersuchungen. Ziel ist es, ein besseres Verständnis des Monsuns zu erreichen und die Vorhersagbarkeit mit Modellen zu verbessern, um sowohl für den Ackerbau als auch das Gesundheitswesen Vorsorgemaßnahmen zu ermöglichen sowie die Bedeutung Westafrikas für das globale Klimasystem zu untersuchen. Beteiligt sind Arbeitsgruppen der Universitäten Bonn, Bremen, Frankfurt, Karlsruhe, Kiel, Köln, Mainz und München, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Forschungszentrums Karlsruhe und des Forschungszentrums Jülich (Mitglieder der Helmholtz-Gemeinschaft) sowie des Max-Planck Instituts für Kernphysik in Heidelberg (Übersicht siehe http://www.uni-koeln.de/math-nat-fak/geomet/meteo/amma/). Die durchgeführten Messungen erfolgen eng abgestimmt mit den europäischen Partnern und afrikanischen Einrichtungen, um für einen längeren Zeitraum die Vorgänge in der Atmosphäre und über dem Atlantik im Golf von Guinea zu dokumentieren.

Neben den intensiven, temporären Messungen des Jahres 2006 werden in der gleichen Region die vom BMBF finanzierten langfristigen Forschungsprojekte GLOWA Volta, (www.glowa-volta.org), IMPETUS (www.impetus.uni-koeln.de) und BIOTA West Afrika (www.biota-africa.de) weitergeführt, die dort bereits seit einigen Jahren umfangreiche, länderübergreifende meteorologisch-hydrologische Messnetze betreiben.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.