Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Meteorologie trifft Metrologie: Klimaforschung in den Wolken

02.12.2014

Flugfähiges Feuchte-Messgerät der PTB verbindet praktische Klimaforschung mit höchster Genauigkeit.

Kaum taucht das Forschungsflugzeug HALO in den kilometerhohen Wolkenturm über dem brasilianischen Regenwald ein, schwindet den Forschern die Sicht – doch die Messinstrumente arbeiten auf Hochtouren.


Blick auf den HALO-Flügel (mit den Aerosolinstrumenten) und den Amazonas darunter.

Buchholz/PTB

Mit an Bord: HAI. Ein neues, hochgenaues Feuchte-Messgerät der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Der Senkrechtstarter unter den Feuchte-Messgeräten ist erst vor kurzem von Metrologen (Metrologie = Wissenschaft vom Messen) speziell für den Einsatz in Flugzeugen und in Wolken entwickelt worden und hat doch schon vier Forschungskampagnen mit mehr als 300 Stunden Messeinsatz hinter sich.

Als weltweit einziges Gerät kann es zeitgleich und präzise ermitteln, welcher Anteil des Wassers in der Atmosphäre kondensiert als Tropfen oder Eis vorliegt, und wie viel als Dampf. Diese Daten helfen, natürliche und menschengemachte Wolkenbildungsprozesse und deren Einfluss auf das Klima besser zu verstehen. HAI ist robust genug für den Feldeinsatz bei stark schwankenden Temperaturen und Drücken und ist gleichzeitig erstmals an die internationale Feuchteskala gekoppelt. Zudem muss es nicht zeitaufwendig kalibriert werden. Damit verbindet es auf einmalige Art angewandte Klimaforschung mit den höchsten Ansprüchen der Metrologie.

HAI steht für Hygrometer for Atmospheric Investigations. Sein jüngster Einsatz (im Rahmen der ACRIDICON-CHUVA-Mission) führte HAI auf eine groß angelegte Expedition, an der rund 60 deutsche, israelische und brasilianische Wissenschaftler beteiligt waren. An Bord von HALO, einem der modernsten Messflugzeuge für die Atmosphärenforschung − betrieben vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum – flog HAI immer wieder in die aufsteigenden Wolken über dem Amazonas-Regenwald hinein, um Proben zu nehmen. Die Forscher wollten unter anderem verstehen, welchen Einfluss die Luftverschmutzung über großen Städten oder Brandrodungsgebieten auf die Wolkenbildung hat.

Wasser ist das wichtigste Treibhausgas und spielt auf vielerlei Art eine Rolle bei der Klimaentwicklung. In erster Linie beschatten und kühlen Wolken die Erdoberfläche, gleichzeitig wirken sie wie eine Isolationsschicht, die die terrestrische Wärmestrahlung nicht in den Weltraum entweichen lässt. Der gesamte globale Wasserkreislauf beruht auf sich erwärmender und wieder abkühlender Luftfeuchtigkeit.

Darüber hinaus dienen Feuchtewerte als Korrekturfaktor bei vielen anderen atmosphärischen Messungen. Dass Wasser das einflussreichste Treibhausgas ist, steht fest. Doch seine Wirkung in Zahlen zu fassen, die dann in Modelle zur Klimaentwicklung einfließen können, ist sehr schwierig. Je nach Höhe der Wolken und je nach Zusammensetzung – sie können aus Dampf, Tropfen und Eis in wechselnden Mengenverhältnissen bestehen– kann ihre Wirkung sehr unterschiedlich ausfallen.

Auch die Messung der verschiedenen Wasser-Phasen ist heikel, denn bereits die Probennahme kann den Aggregatzustand entscheidend verändern, wenn beispielsweise Wasserdampf durch Abkühlung bei der Probennahme bereits auf dem Weg zum Messgerät zu Tropfen kondensiert.

Wissenschaftler der PTB haben dieses Problem mit dem Multiphasen-Wassersensor HAI gelöst. Er ermittelt simultan, wie viel Wasserdampf und wie viel Wasser kondensiert in der Luft vorhanden ist: Eine robuste, offene, aerodynamische Messzelle außerhalb des Flugzeugrumpfes misst direkt den gasförmigen Wasserdampfgehalt der durchströmenden Luft. Eine weitere Zweikanal-Messeinheit befindet sich innerhalb des Flugzeuges am Ende einer beheizten Probennahmeleitung. Dort ermitteln zwei unabhängig voneinander arbeitende Sensoren den Gesamtwassergehalt der Probe. Die Differenz aus Gesamtwasser- und Gasphasenmessung erlaubt, zeitgleich den Gehalt an kondensiertem Wasser zu bestimmen.

HAI arbeitet auf Grundlage einer speziellen Variante von TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), die selbstkalibrierend ist. Damit fallen die bisher üblichen, zeitaufwendigen Kalibrierungen während der Messkampagnen weg, die im Feld nur sehr schwierig mit zufriedenstellender Genauigkeit und in der notwendigen Häufigkeit durchgeführt werden können. Zudem ist auf HALO mit HAI erstmals ein flugfähiges schnelles Hygrometer im Einsatz, das direkt auf die metrologische Feuchteskala rückgeführt ist. Es liefert, im Gegensatz zu den meisten anderen Feuchtemessgeräten und gemäß strenger metrologischer Anforderungen, Ergebnisse mit kleiner, klar definierter Messungenauigkeit. if/ptb

Ansprechpartner

• Dr. Volker Ebert, PTB-Fachbereich 3.2 Gasanalytik und Zustandsverhalten, Telefon: (0531) 592-3200, E-Mail: volker.ebert@ptb.de

• Dr. Bernhard Buchholz, PTB-Arbeitsgruppe 3.22 Metrologische Molekülspektrometrie, Telefon: (0531) 592-3113, E-Mail: bernhard.buchholz@ptb.de

Originalveröffentlichungen

• V. Ebert, M. Kraemer, A. Afchine B. Buchholz: HAI: A novel airborne multi-channel hygrometer for fast multi-phase H2O quantification: Performance of the HAI instrument during the first flights on the German HALO aircraft. American Geosciences Union Fall meeting, 15-19 December 2014, Moscone Center, San Francisco, CA, USA, Session In Situ and Spaceborne Observations of Atmospheric Water Vapor and Temperature II, paper A54C-06, https://agu.confex.com/agu/fm14/meetingapp.cgi#Paper/19528

• B. Buchholz , A. Afchine , M. Krämer, V. Ebert: Fast, multi-phase H2O measurements on board of HALO: Results from the novel HAI instrument during the first field campaigns. Geophysical Research Abstracts Vol. 16, EGU2014-9241, 2014, EGU General Assembly 2014

Mehr über die ACRIDICON-CHUVA-Mission

http://www.mpic.de/forschung/partikelchemie/gruppe-schneider/projekte/acridicon-chuva.html

http://www.uni-leipzig.de/~meteo/acridicon-chuva/


Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2014/pitext/pi141202.html

Imke Frischmuth | PTB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Unter hohem Druck elastisch: Bayreuther Forscher erschließen Zusammensetzung des Erdmantels
30.03.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Von der Bottnischen See bis ins Kattegat – Der Klimageschichte der Ostsee auf der Spur
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE