Flugzeuggestützte Messungen in der Tropopausenregion

Neben den Hauptbestandteilen Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) enthält die Erdatmosphäre tausende verschiedener Spurengase. Deren Lebensdauern in der Atmosphäre können weniger als 1 s (Radikale) bis über 1000 Jahre (z.B. SF₆) betragen. Zudem werden viele atmosphärische Spurengase mit anderen Systemen wie der Biosphäre (Pflanzen) und dem Ozean ausgetauscht, z.B. Kohlendioxid (CO₂). Man kann sich daher die Atmosphäre als einen riesigen chemischen Reaktor vorstellen.

In der Gruppe „Tropopausenregion (TOP)“ interessieren wir uns insbesondere für die Budgets von Spurengasen in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (upper troposphere and lower stratosphere, UTLS), also im Höhenbereich zwischen 6 und 25 km. Die Grenzfläche zwischen der UT und der LS wird Tropopause genannt, die in den Tropen eine Höhe von ~17 km und in mittleren und hohen Breiten 8-12 km aufweist. Der dominante Teil des natürlichen wie auch anthropogenen Treibhauseffekts wird in der UTLS erzeugt, wodurch die UTLS eine zentrale Rolle für das Klima auf der Erde einnimmt. Insbesondere infolge ihrer extremen dynamischen Komplexität und deswegen großen Spurengasgradienten ist die UTLS eine der am schlechtesten verstandenen Atmosphärenschichten.

Unser Hauptinteresse liegt dabei:

• im besseren Verständnis des bi-direktionalen Austausches von Spurengasen zwischen Stratosphäre und Troposphäre.
• in der besseren Quantifizierung des Budgets von Ozon, organischen Komponenten, Wasser (Dampf und Wolken), Kohlendioxid und Methan in der UTLS.
• in der Bestimmung der mittel- und langfristigen Veränderung der Spurengasbudgets und deren Einfluss auf das Klima auf der Erde.

Zu diesem Zweck entwickeln wir in-situ Messinstrumente, die an Bord von Forschungs- und Passagierflugzeugen zum Einsatz kommen. Wir setzen dabei Messtechniken ein wie UV-Photometrie, Chemilumineszenzdetektion, chemische Massenspektrometrie und verschiedene Techniken der Laser-Absorptionsspektroskopie.

Bis zum Beginn der Coronavirus-Pandemie wurden fünf eigene Instrumente regelmäßig auf einem Passagierflugzeug (Airbus A340-600 der Lufthansa AG) im Rahmen des Projekts IAGOS-CARIBIC eingesetzt. Die Gruppe TOP koordiniert seit 2015 diese Europäische Forschungsinfrastruktur. Eine neues CARIBIC Labor auf einem Airbus A350-900 ist aktuell in der Entwicklung und wird Ende des Jahres 2023 in Betrieb gehen. Weiterhin entwickeln wir Messinstrumente für das  Forschungsflugzeug HALO; einen modifizierten Gulfstream GV-550 Businessjet.