Im Rahmen der Atmosphärenforschungsmissionen TACTS (Transport and Composition in the Upper
Troposphere/ Lowermost Stratosphere) und ESMVal (Erdsystem-Modell-Validierung) wurden über
einen Zeitraum von sechs Wochen im August /September 2012 Messungen der atmosphärischen
Zusammensetzung in 10-15 km Höhe mit HALO durchgeführt. Die von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Messkampagne TACTS (Transport and Composition in the
Upper Troposphere/Lowermost Stratosphere) wurde von Prof. Dr. Andreas Engel und Dr. Harald
Bönisch von der Goethe-Universität Frankfurt koordiniert, ESMVal von Dr. Hans Schlager vom Deutschen
Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen.
Für die Überprüfung globaler Klimamodelle absolvierte HALO in nur zehn Tagen Messflüge zwischen
der Nordpolarregion und der Südpolarregion, vom norwegischen Spitzbergen bis zum Rand des
antarktischen Kontinents. Mit HALO konnten die Atmosphärenforscher nun mit einem einzigen Flug
Messungen von den mittleren Breiten bis in die Subtropen ausführen. Das Flugzeug erreicht eine
Gipfelhöhe von über 15 km und kann eine vergleichsweise große Nutzlast wissenschaftlicher
Instrumente von circa zwei Tonnen tragen.
Die Messungen fanden in einer Höhe von bis zu 15 km statt. Diese Region, die sogenannte
Tropopausenregion, spielt für das Klimageschehen eine besonders wichtige Rolle. Darunter liegt die
Troposphäre, die das Wetter bestimmt, und darüber die Stratosphäre mit ihrer schützenden
Ozonschicht. Der Luftmassenaustausch zwischen diesen beiden sehr unterschiedlichen Regionen hat
einen großen Einfluss auf die Energiebilanz und die Bodentemperaturen der Erde.
Die Höhe der Tropopause ist sehr variabel und reicht im Mittel von 9 km in hohen Breiten bis ca. 18
km in den Tropen. Gerade die Übergangszone ist für den Luftmassenaustausch in mittleren Breiten
interessant. Bisher waren Messungen hier schwierig, weil weltweit nur wenige Messflugzeuge in
Höhen über 13 km vorstoßen können. Aus den Ergebnissen konnte abgeleitet werden, dass der
asiatische Sommermonsun die Zusammensetzung der Tropopausenregion über Europa im September
und Oktober signifikant beeinflusst (http://www.atmos-chem-phys.net/16/10573/2016/) Generell ist der Luftaustausch zwischen der oberen tropischen Troposphäre und dem
untersten Teil der Stratosphäre während der Sommermonate besonders effektiv. Im Sommer sind die
starken subtropischen Strahlströme relativ schwach ausgeprägt und unterbinden deshalb dann den
Luftaustausch wesentlich weniger als in anderen Jahreszeiten. Dies beeinflusst insbesondere die
Verteilung von Ozon und Wasserdampf, die über die Absorption langwelliger Strahlung die
Strahlungsbilanz der Atmosphäre mitbestimmen.
Seitens der Johannes Gutenberg-Universität Mainz führt die Arbeitsgruppe von Peter Hoor vom Institut
für Physik der Atmosphäre auf HALO hochpräzise Messungen von Kohlenmonoxid (CO) und
Kohlendioxid (CO2) sowie Lachgas (N2O) und Methan (CH4) durch. Dabei kommt ein sogenanntes
Quantenkaskadenlaser-Spektrometer zum Einsatz, das am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz
entwickelt wurde und von der Arbeitsgruppe um Prof. Hoor betrieben wird. Hochpräzise Messungen
von Flugzeugen aus sind notwendig, um die Details der Mischungsvorgänge zu verstehen, die bisher
von Satelliten oder Modellen nicht abgebildet werden können. Aus den relativen Verhältnissen vieler
verschiedener Substanzen lassen sich Luftmassen-Herkunft und Zeitskalen für die Transportprozesse
ableiten. Aus der Kombination der verschiedenen Spurengasmessungen mit meteorologischen Daten
lassen sich Rückschlüsse auf die Mischungs- und Transportprozesse ziehen, die die Zusammensetzung
der Tropopausenregion bestimmen.
In der Mittelmeerregion erhoben die Forscher Daten zur Ozonbelastung, in Zentralafrika wurde die
Bildung von Stickoxiden untersucht, die durch Blitze in tropischen Gewittern entstehen, im südlichen
Afrika wurden die Emissionen von großräumigen Bränden gemessen. In der Stratosphäre der
Südpolarregion untersuchten die Wissenschaftler die chemischen Auswirkungen des aktuellen
Ozonabbaus, über dem indischen Ozean sondierten sie Reinluftgebiete und schließlich untersuchten
sie, wie Luftverschmutzung aus Industriegebieten in Südostasien durch den Monsun in die obere
Atmosphäre aufsteigen und bis nach Europa transportiert wird.
Die umfangreiche Messkampage war eine Kooperation der Universitäten von Frankfurt/Main, Mainz,
Wuppertal und Heidelberg, sowie dem Forschungszentrum Jülich, Deutschen Zentrum für Luft- und
Raumfahrt in Pberpfaffenhofen, dem Karlsruher Institut für Technologie und der Physikalisch-
Technischen Bundesanstalt.