TROPOS-Messkampagne zur kleinskaligen Variabilität des Sonnenlichts

Die PyrNet-Geräte vom TROPOS haben 3 Monaten in den Feldern Oklahomas Globalstrahlung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Sekundentakt gemessen.
(c) Jonas Witthuhn, TROPOS

… in den USA erfolgreich abgeschlossen.

Erstmals haben deutsche Forschende den Einfluss von Wolken auf kurzfristige Schwankungen der Sonneneinstrahlung in Nordamerika gemessen. Zum Einsatz kam dabei ein weltweit einmaliges Netz von Strahlungssensoren, das am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) konzipiert und gebaut wurde. Es war von Anfang Juni bis Ende August dieses Jahres in der flachen Prärie des mittleren Westens der USA im Einsatz. So genannte Pyranometer haben dabei das eingehende Sonnenlicht an 60 Standorten verteilt über einer Fläche von 6×6 Quadratkilometern im US-Staat Oklahoma sekundengenau erfasst.

Die Leipziger Forschenden haben dazu in der unmittelbaren Umgebung des Southern Great Plains (SGP) Atmospheric Observatory gemessen, dem weltweit größten und umfangreichsten Observatoriums zur Messung der atmosphärischen Strahlung. Die Messkampagne „Small-Scale Variability of Solar Radiation“ (S2VSR) von TROPOS, dem US-Strahlungsmessprogramm ARM und der University of Oklahoma hat erfolgreich wichtige Klimadaten an der Erdoberfläche gesammelt, damit die neuesten Generationen an Wetter- und Umweltsatelliten sowie Photovoltaik-Anlagen effektiver genutzt sowie Wettervorhersagen und Klimamodelle genauer gemacht werden können.

Bei der Installation des PyrNets halfen auch Kolleginnen und Kollegen der University of Oklahoma.
Bei der Installation des PyrNets halfen auch Kolleginnen und Kollegen der University of Oklahoma. (c) Jonas Witthuhn, TROPOS

Diese Messungen ergänzen dabei die seit dem Bau des Netzwerks vor 10 Jahren im Rahmen von sechs Feldkampagnen in Deutschland und in der Arktis gewonnenen Datensätze. Von wissenschaftlichem Interesse sind in diesem Fall neben den vorherrschenden meteorologischen Bedingungen auch die umfangreichen Vergleichsmöglichkeiten mit Routinemessungen am Standort des dortigen Observatoriums und im gesamten Bundesstaat Oklahoma, nämlich die umfangreichen atmosphärischen Messungen des ARM-Programms sowie des Oklahoma MESONETs. Das TROPOS-Pyranometer-Messnetz hat diese dabei um Informationen über Schwankungen auf Sekunden- und Dekameterskala ergänzt, die die bisherigen Messungen aufgrund eines zu großen Abstands der Stationen nicht liefern können. Die Daten sollen nun insbesondere als Grundlage für den geplanten Vergleich mit den neusten Satellitenbeobachtungen dienen: einerseits mit dem amerikanischen geostationären GOES-R Satellit, der bereits jetzt Beobachtungen mit 500m Auflösung im 5-Minutentakt liefert wie die europäischen METEOSAT-Satelliten der dritten Generation ab Ende des Jahres; andererseits mit der europäischen Sentinel-2 Mission, mit Bildern von bis zu 10 Metern räumlicher Auflösung.

Die Feldkampagne profitierte dabei von der logistischen Unterstützung und der sehr guten Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Programm, das auf die Untersuchung der Atmosphäre und ihrer Wechselwirkungen mit der atmosphärischen Strahlung ausgerichtet ist und das Observatorium in Oklahoma seit 1992 betreibt. Ein weiterer wichtiger Partner für die Kampagne und die nun beginnende wissenschaftliche Auswertung ist die School of Meteorology an der Universität von Oklahoma. Sie ist der größte Meteorologie-Fachbereich in den Vereinigten Staaten und traditionell eher für ihre Unwetterforschung bekannt, hat aber in den letzten 8 Jahren einen erheblichen Umschwung zu einem breiteren Atmospärenforschungsprogramm vollzogen.

„Die S2VSR-Messkampagne bietet hervorragende Möglichkeiten für unsere Forschungsgruppe CL2EAR (CLouds ClimatE Aerosols Radiation)“, so Prof. Jens Redemann, Director der School of Meteorology. „Durch S2VSR haben unsere Studenten „hands-on“-Training in der Durchführung von Messungen und in der Analyse dieser weltweit einzigartigen Beobachtungen bekommen, die den Schlüssel für viele Fragen in unserem Forschungsgebiet bieten könnte. Wir hoffen auf eine lange und vielfältige Zusammenarbeit mit TROPOS.“

„Während der 12-wöchigen Kampagne wurden zwei Messstationen leider durch Mäharbeiten beschädigt, davon konnte nur eine repariert werden. Im Rahmen der Routinewartung wurden vereinzelt Beeinträchtigungen der Messungen durch verschmutzte oder gekippte Pyranometer festgestellt. Die vorläufige Qualitätssicherung der gewonnenen Daten zeigt jedoch, dass ihre Qualität und Verfügbarkeit auch im Vergleich zu vergangenen Kampagnen sehr hoch ist und die Kampagne somit ein voller Erfolg war. Hier ist insbesondere das hohe Engagement der Studenten der Universität von Oklahoma bei der Wartung zu betonen”, berichtet Dr. Hartwig Deneke vom TROPOS.

Die nun beginnende Auswertung der Beobachtungen der Kampagne „Small-Scale Variability of Solar Radiation“ (S2VSR) soll neuartige Erkenntnisse über die kurzfristige Schwankung des Sonnenlichts an der Erdoberfläche liefern, wie sie vor allem durch Wolken verursacht werden. „Auf diesen Skalen kommt es dabei insbesondere aufgrund der 3-dimensionalen Wolkenstrukturen zu Effekten im atmosphärischen Strahlungstransport, die sowohl von aktuellen Wetter- und Klimamodellen als auch in Satellitenprodukten bisher nur unzureichend berücksichtigt werden. Wir hoffen, dass die gewonnenen Erkenntnisse mittelfristig auch dazu beitragen, Kurzfristvorhersagen des Sonnenlichts zu verbessern für eine optimale Nutzung der mit Photovoltaik erzeugter erneuerbarer Energie“, erklärt Dr. Hartwig Deneke.

Kontakte für die Medien:

Dr. Hartwig Deneke
Abteilung Fernerkundung atmosphärischer Prozesse, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig
Tel.: +49 341 2717-7168
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/hartwig-deneke
und
Prof. Dr. Andreas Macke
Direktor und Abteilungsleiter, Abteilung Fernerkundung atmosphärischer Prozesse, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig
Tel. +49 341 2717-7060
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/andreas-macke
sowie
Prof. Dr. Jens Redemann
Director of the School of Meteorology, University of Oklahoma
http://redemann.metr.ou.edu/people/dr-jens-redemann/

oder
Tilo Arnhold, TROPOS-Öffentlichkeitsarbeit
Tel. +49 341 2717-7189
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/
und
Media Relations, University of Oklahoma
Tel.: +1 (405) 325-1701
Email: OUnews@ou.edu

Weitere Informationen und Links:

Blog: S2VSR
https://www.tropos.de/aktuelles/messkampagnen/blogs-und-berichte/

TROPOS-Pyranometer Netzwerk PyrNet
https://www.tropos.de/forschung/grossprojekte-infrastruktur-technologie/technolo…

ARM-Kampagnenbeschreibung zu SGP2023S2VSR:
https://www.arm.gov/research/campaigns/sgp2023s2vsr

The Southern Great Plains (SGP) atmospheric observatory
https://www.arm.gov/capabilities/observatories/sgp

The Oklahoma Mesonet
https://www.mesonet.org/

CLoud-CLimatE-Aerosol-Radiation (CL)2EAR research group in the School of Meteorology at the University of Oklahoma
http://redemann.metr.ou.edu/

Frühere TROPOS-Pressemitteilungen zum Thema:

Wolken, Licht & Schatten. Messkampagne in Jülich erfasst erstmalig die räumliche Variabilität der Sonneneinstrahlung (Pressemitteilung, 10.06.2013)
https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/wolken-licht-schatten…

Forscher fangen Wolken ein. Großangelegte Messkampagne in Jülich erfasst die räumliche Struktur der bewölkten Atmosphäre mit nie gekannter Genauigkeit (Pressemitteilung, 18.03.2013)
https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/forscher-fangen-wolke…

Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 97 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.
Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen – u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.500 Personen, darunter 11.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.
Der Gesamtetat der Institute liegt bei 2 Milliarden Euro. Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen. Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.
http://www.leibniz-gemeinschaft.de
https://www.bmbf.de/
https://www.smwk.sachsen.de/

Originalpublikation:

Konferenzbeitrag:
H.M. Deneke, A. Macke, J. Redemann, C. Flynn, M.T. Ritsche, Y.M. Saint-Drenan, J. Witthuhn, O. Ritter, A.K. Heidinger, B. Lamkin, M. Foster, A. Walther, D. Romps, R. Öktem, J. Wiltink, J.F. Meirink, H. Kalesse-Los: The Small-Scale Variability of Solar Radiation (S2VSR) Campaign – Overview and first Results. IUGG General Assembly 2023. IUGG23-4624. (15 Jul 2023)
https://c-in.floq.live/event/iugg2023berlin/search?objectClass=timeslot&obje…

Weitere Informationen:

https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/tropos-messkampagne-z…

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Tilo Arnhold Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

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