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OCEANET - Autonome Messplattform zur Bestimmung des Stoff- und Energieaustauschs zwischen Ozean und Atmosphäre

WGL-Verbundprojekt
Projektlaufzeit: 2008-2010

Der Stoff- und Energieaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre spielt eine entscheidende Rolle für die physikalische, chemische und biologische Entwicklung unseres Klimasystems Erde. Die von den beteiligten Forschungseinrichtungen entwickelten und eingesetzten Technologien zur in-situ Messung im Ozean und zur aktiven/passiven Fernerkundung der Atmosphäre, ermöglichen erstmalig durch eine Kombination dieser Daten eine kontinuierliche Erfassung relevanter Parameter. Im Rahmen des WGL-Verbundprojekts OCEANET wurde in Zusammenarbeit der Forschungseinrichtungen eine autonome Messplattform entwickelt, die langfristig für den operationellen Betrieb an Bord von Fracht- und Forschungsschiffen vorgesehen ist.

Derzeitig sind folgende Messgeräte im OCEANET-Atmosphere-Container integriert:

• Strahlungsmessungen (breitband) für Irradianz und Radianz mit Pyrano- und Pyrgeometer sowie Standardmeteorologie (Deutscher Wetterdienst, DWD)

• Spektrale Strahlungsmessungen für Irradianz und Radianz mit COmpact RAdiation measurment System CORAS sowie AISA EAGLE hyperspectral sensor für räumliche Verteilung der Radianz (LIM)

• Lidarmessungen für vertikale Profile des Extinktionskoeffizienten und mikrophysikalische Aerosoleigenschaften mittels Raman Lidar PollyXT (Leibniz-Institut für Troposphärenforschung Leipzig, TROPOS)

• Mikrowellenradiometer HATPRO für Vertikalprofile des Flüssigwasserpfades (LWP) und Full sky imager für Informationen über die horizontale Wolkenstruktur (Leibniz-Institut für Meereswissenschaften GEOMAR, Kiel)

Zur Erprobung und Anwendung der Messplattform im Rahmen dieses Projektes eignen sich die zweimal jährlich stattfindenden Atlantiktransfers des FS Polarstern.

Strahlungsmessungen auf FS Polarstern

Zum Verstehen des Klimasystems Ozean und Atmosphäre spielen Wolken und Strahlung eine wichtige Rolle. Selbst mit beobachteten Wind-, Feuchte- und Druckfeldern ist es schwierig, die korrekte räumliche und zeitliche Klimatologie in Klimamodellen nachzuvollziehen. Da die Wolkenstrukturen sehr inhomogen sind und damit für Strahlungsübertragungsprozesse entscheidend sind, müssen diese Prozesse in Strahlungsparametrisierungen berücksichtigt werden.
Eine Kombination der Beobachtung von physikalischen Eigenschaften und Strahlungseigenschaften von Wolken sind eine gute Möglichkeit solche Parametrisierungen anzugleichen oder zu validieren. Mithilfe der Erweiterung der breitbandigen Strahlungsflussdichtemessungen auf spektrale Strahldichte- und Strahlungsflussdichtemessungen können unterschiedliche Wolkentypen zugeordnet werden. Beobachtete Atmosphärenzustände werden in ein Strahlungstransportmodell eingegeben, sodass die Ergebnisse mit den gemessenen Parametern verglichen werden können.

Abb. 1: Kursplots von ANT-XXVII/4 Kapstadt-Bremerhaven April/Mai 2011 (blau), ANT-XXVIII/5 Punta Arenas-Bremerhaven April/Mai 2012 (grün) und ANT-XXIX/1 Bremerhaven-Kapstadt Okt./Nov. 2012 (rot).

Im Rahmen dieses Projekts wurden bereits 3 Forschungsfahrten (siehe Abbildung 1) auf FS Polarstern 2011/2012 mit dem vom LIM zur Verfügung gestellten Bodenspektrometer CORAS durchgeführt. Es wurden erfolgreich Daten gesammelt, die derzeit wissenschaftlich bearbeitet werden um die Strahlungseigenschaften über dem Atlantik unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen zu erforschen. Von besonderem Interesse ist hierbei die spektrale Transmissivität von Wolken, die verwendet werden kann um Wolkeneigenschaften wie optische Dicke und effektiven Radius abzuleiten. Von besonderem Interesse sind hierbei durchbrochne Wolkenbedeckungen ("broken cloud situations"), bei denen die Strahlungseigenschaften am Boden durch Einflüsse der Wolkenränder modifiziert werden.

Abb. 2: FS Polarstern (Foto: Marlen Brückner)

Abb. 3: OCEANET-Container (rechts) und Aerosolcontainer (links) des TROPOS auf dem Peildeck von FS Polarstern während ANT-XXVII/4 (Foto: Marlen Brückner).