Wenn’s im "Kochtopf Atmosphäre" brodelt

Groß angelegte Messkampagne zur Verbesserung der Vorhersagbarkeit von Gewittern und anderen hochreichenden Wolken gestartet

Sechs Flugzeuge, dazu Fesselballone, Radiosonden, Fernerkundungssysteme und Bodenstationen: Mit großem Aufwand wird in der Messkampagne VERTIKATOR detailliert untersucht, wie warme und feuchte Luft vom Boden bis in höchste Atmosphärenschichten aufsteigt. Damit können beispielsweise die Vorhersagen über Ort und Zeitpunkt von Gewittern und die Intensität von Regen und Hagel verbessert werden. An den Messungen beteiligen sich – unter Federführung des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Forschungszentrums Karlsruhe und der Universität Karlsruhe – Forschergruppen aus Deutschland, der Schweiz und Italien.

Jeder hat sie schon einmal gesehen: hohe Gewittertürme, die über dem Rheintal, dem Schwarzwald oder über Hochgebirgskämmen stehen und die gelegentlich wolkenbruchartigen, manchmal mit Hagel vermischten Niederschlag bringen. Ursache ist das Aufsteigen von feuchten und warmen Luftmassen, die sich abkühlen und den Wasserdampf zu Wasser und Eis werden lassen. Die Energie für diesen Vorgang stammt letztlich von der Sonne, die an wolkenlosen Tagen den Erdboden aufheizt und dadurch die bodennahen Luftschichten erwärmt und aufsteigen lässt. Vergleichbares geschieht, wenn beim Erhitzen von Suppe die Nudeln im Kochtopf zu „tanzen“ beginnen. Dieser Mechanismus wird als Konvektion bezeichnet und kann prinzipiell durch physikalische Modelle beschrieben werden.

Im Einzelfall ist der Vorgang aber komplizierter: Oberflächenbeschaffenheit, Vegetation, Tageszeit, vorausgehende Witterungseinflüsse und andere Details beeinflussen Ausprägung und Stärke der Konvektion. Alle diese Faktoren und ihr Zusammenspiel müssen deshalb in den Wettervorhersagemodellen berücksichtigt werden. Mit der jetzt begonnenen Messkampagne soll die Datenbasis hierfür entscheidend verbessert werden. Einen der wissenschaftlichen Schwerpunkte bildet der Einfluss der Geländegestalt (Orographie) auf die Wolkenbildung.

„Um dieses Ziel zu erreichen, führen wir im Projekt VERTIKATOR umfangreiche Messungen über dem Nordschwarzwald und in der Voralpenregion zwischen München und dem Alpenhauptkamm durch“, erläutert Professor Dr. Franz Fiedler, einer der Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Forschungszentrums Karlsruhe und der Universität Karlsruhe. „Die Ergebnisse fließen in Wettervorhersagemodelle ein und sind somit auch auf andere Regionen anwendbar.“

VERTIKATOR steht dabei für „Vertikaler Austausch und Orographie“. An der Kampagne beteiligt sind Wissenschaftler und Techniker der Universität Karlsruhe, aus den beiden Helmholtz-Zentren Forschungszentrum Karlsruhe und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen, vom Deutschen Wetterdienst, der Universität München sowie anderer Institutionen aus Deutschland, Italien und der Schweiz.

Die meteorologischen Bedingungen entlang der Berghänge und im davor liegenden flachen Gebiet werden dabei vom Boden bis in Höhen von etwa 10 km durch zahlreiche Messsysteme wie meteorologische Bodenstationen, Radiosonden, Fesselballone und Fernerkundungssysteme erfasst. Um in den ausgedehnten Messgebieten alle wichtigen meteorologischen Größen möglichst umfassend zu registrieren, werden darüber hinaus bis zu sechs Flugzeuge eingesetzt.

„Das Untersuchungsgebiet der Schwarzwaldkampagne ist der Oberrheingraben sowie der nördliche Schwarzwald, in etwa begrenzt durch die Städte Stuttgart, Trossingen, Ettenheim im Rheintal und Lauterburg im Elsaß“, so Franz Fiedler weiter. Das Gebiet für die Alpenkampagne umfasst den Nordalpenbereich mit Karwendel- und Wettersteingebirge sowie das angrenzende Alpenvorland. Im Norden endet das Untersuchungsgebiet auf der Höhe von München.

Die Messungen zu VERTIKATOR beginnen Anfang Juni und enden am 19. Juli. Bis Ende Juni findet die Schwarzwald-, im restlichen Zeitraum die Alpenkampagne statt. Während der gesamten Zeit finden an ausgesuchten Orten ständig Routine- und Spezialmessungen statt. Darüber hinaus sind für beide Kampagnen je fünf 24-stündige Intensivmessphasen vorgesehen, bei denen weitere Messsysteme eingesetzt werden. Während der Intensivmessphasen sind jeweils ca. 60 Wissenschaftler, Piloten, technisches Personal sowie Studierende im Einsatz.

Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Atmosphärenforschung 2000“ (AFO 2000). Die Kosten des Vorhabens belaufen sich auf ca. 1,7 Millionen Euro.