20. Mai 2020
Satellitendaten und Atmosphärenmodelle zeigen

Bis zu 90 Prozent weniger Kondensstreifen infolge des verminderten Flugverkehrs

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Abdeckung mit Kondensstreifenzirren für den 16. April 2020 für verschieden Luftverkehrsverhältnisse im Vergleich (Kondensstreifen grafisch hervorgehoben)
Abdeckung mit Kondensstreifenzirren für den 16. April 2020 für verschieden Luftverkehrsverhältnisse im Vergleich (Kondensstreifen grafisch hervorgehoben)
Bild 1/4, Credit: DLR/EUROCONTROL/ECMWF

Abdeckung mit Kondensstreifenzirren für den 16. April 2020 für verschieden Luftverkehrsverhältnisse im Vergleich (Kondensstreifen grafisch hervorgehoben)

Die Abbildung vergleicht die modellierte optische Dicke von Zirren und Kondensstreifen für Wetter und Flugverkehr am 16. April 2020, 12 Uhr MEZ (oben) mit der modellierten Abdeckung, die der deutlich höhere Flugverkehr vom 16. April 2019 bei diesen Wetterverhältnissen verursacht hätte (unten). Ohne Einschränkungen des Luftverkehrs wären am 16. April 2020 rund zehnmal mehr Kondensstreifen in der gezeigten Region über Mitteleuropa entstanden. Gewichtet mit den optischen Dicken wäre der Bedeckungsgrad der sich teils überlappenden Kondensstreifen viermal größer. Die optischen Dicken der Eiswolken wurden mit dem Kondensstreifen- und Zirrusmodell CoCiP simuliert. Die Kondensstreifen sind grafisch hervorgehoben.
Abdeckung mit Kondensstreifenzirren für den 16. April 2020 für verschieden Luftverkehrsverhältnisse im Vergleich (Kondensstreifen nicht grafisch hervorgehoben)
Abdeckung mit Kondensstreifenzirren für den 16. April 2020 für verschieden Luftverkehrsverhältnisse im Vergleich (Kondensstreifen nicht grafisch hervorgehoben)
Bild 2/4, Credit: DLR/EUROCONTROL/ECMWF

Abdeckung mit Kondensstreifenzirren für den 16. April 2020 für verschieden Luftverkehrsverhältnisse im Vergleich (Kondensstreifen nicht grafisch hervorgehoben)

Die Abbildung vergleicht die modellierte optische Dicke von Zirren und Kondensstreifen für Wetter und Flugverkehr am 16. April 2020, 12 Uhr MEZ (oben) mit der modellierten Abdeckung, die der deutlich höhere Flugverkehr vom 16. April 2019 bei diesen Wetterverhältnissen verursacht hätte (unten). Ohne Einschränkungen des Luftverkehrs wären am 16. April 2020 rund zehnmal mehr Kondensstreifen in der gezeigten Region über Mitteleuropa entstanden. Gewichtet mit den optischen Dicken wäre der Bedeckungsgrad der sich teils überlappenden Kondensstreifen viermal größer. Die optischen Dicken der Eiswolken wurden mit dem Kondensstreifen- und Zirrusmodell CoCiP simuliert.
Meteosat-11-Satellitendaten im Vergleich mit Modell für die optische Dicke von Eiswolken
Meteosat-11-Satellitendaten im Vergleich mit Modell für die optische Dicke von Eiswolken
Bild 3/4, Credit: DLR/EUROCONTROL/ECMWF/EUMETSAT

Meteosat-11-Satellitendaten im Vergleich mit Modell für die optische Dicke von Eiswolken

Die Abbildung zeigt die aus Meteosat-11 Satellitendaten abgeleitete optische Dicke von Eiswolken für Wetter und Flugverkehr am 16. April 2020, 12 Uhr MEZ (oben) im Vergleich zur modellierten optischen Dicke von Zirren und Kondensstreifen für Wetter und Flugverkehr zur selben Zeit. Satellitenbeobachtung und Modellrechnung stimmen gut überein. Die optischen Dicken der Eiswolken wurden mit dem Kondensstreifen- und Zirrusmodell CoCiP simuliert.
Kondensstreifen-Zirren am Himmel
Kondensstreifen-Zirren am Himmel
Bild 4/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Kondensstreifen-Zirren am Himmel

Flugzeugtriebwerke stoßen Rußpartikel aus. Diese wirken als Kondensationskeime für kleine unterkühlte Wassertropfen, die sofort zu Eiskristallen gefrieren und als Kondensstreifen am Himmel sichtbar werden.      
  • DLR analysiert Einfluss des reduzierten Luftverkehrs auf Kondensstreifenbildung.
  • Luftverkehr über Europa für den 16. April 2020 und 16. April 2019 im Blick.
  • In den nächsten Monaten wollen die Wissenschaftler genauer bestimmen, wie sich für 2020 die reduzierte Kondensstreifenbedeckung auf den Strahlungshaushalt der Erde auswirkt.
  • Schwerpunkte: Luftfahrt, Raumfahrt, Klimawandel

Reisebegrenzungen zur Eindämmung der CoViD19-Pandemie führten seit Mitte März 2020 zu einem massiven Rückgang des globalen Luftverkehrsaufkommens. Für April 2020 gibt die europäische Flugsicherungsbehörde EUROCONTROL gegenüber dem Anfang des Vormonats einen Rückgang des Lufttransportvolumens in Europa um fast 90 Prozent an. Forscherinnen und Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben nun den Einfluss des reduzierten Luftverkehrs auf die Bildung von Kondensstreifen über Europa anhand der Messung von Wolkeneigenschaften analysiert. Sie nutzten dafür Daten des Sensors SEVIRI auf dem Wettersatelliten Meteosat Second Generation (MSG) vom 16. April 2020. An diesem Tag war die Atmosphäre über Europa genügend kalt und feucht, so dass sich hinter den Flugzeugen langlebige Kondensstreifen bilden konnten. Die Analysen zeigen einen Rückgang der Anzahl der gebildeten Kondensstreifen auf etwa ein Zehntel im Vergleich zum Normalbetrieb.

"Die Beobachtungen der derzeitig reduzierten Kondensstreifenbedeckung erlauben es uns, die Genauigkeiten der Datenanalyse des MSG-Wettersatelliten und des verwendeten Modells zu prüfen, um zukünftig die Klimawirkung von Kondensstreifen noch detaillierter zu bestimmen", erklärt Prof. Dr. Christiane Voigt vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen. "Da neben den CO2-Emissionen die Kondensstreifen etwa die Hälfte des Klimaantriebs des Luftverkehrs ausmachen, erwarten wir bei so wenig Luftverkehr einen deutlichen Rückgang des Klimaeffekts der Luftfahrt." Rund fünf Prozent trägt der reguläre weltweite Flugverkehr bisher zur Klimaerwärmung bei.

90 Prozent weniger Luftverkehr über Europa
90 Prozent weniger Luftverkehr über Europa
Fast 90 Prozent verringerter Treibstoffverbrauch durch Luftverkehr im oberen Luftraum über Europa am 16 April 2020 (oben) im Vergleich zur gleichen Zeit im Vorjahr (unten), berechnet aus EUROCONTROL-Daten.
Credit: DLR/EUROCONTROL

Die Forscher verglichen die Satellitenmessungen mit einem am DLR-Institut für Physik der Atmosphäre entwickelten Modell, welches basierend auf aktuellen Flugverkehrsbewegungen und Wetterdaten die Abdeckung durch natürliche Wolken und durch die vom Luftverkehr verursachten Kondensstreifenzirren berechnet. "Es zeigte sich eine weitgehende Übereinstimmung der Satelliten- mit den Modelldaten. Das Modell gibt die regionalen Strukturen und die gemessenen Werte der optischen Dicken der Wolken recht gut wieder", erläutern Dr. Luca Bugliaro und Prof. Dr. Ulrich Schumann vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Zusätzlich konnte mit dem Modell ein Szenario mit dem teils zehnfach höheren Luftverkehrsaufkommen am selben Tag des Vorjahres 2019 gerechnet werden, wobei in der Simulation die meteorologischen Bedingungen gleich gehalten wurden, um allein den Verkehrseffekt zu identifizieren. Die Berechnungen zeigen anschaulich eine erheblich größere Abdeckung mit Kondensstreifenzirren und erhöhte optische Dicken der Eiswolken. Diese Unterschiede zeigen, dass bei dem zum Vergleich genommenen höheren Luftverkehrsaufkommen von 2019 zehnmal mehr Kondensstreifen entstanden wären. Gewichtet mit den optischen Dicken wäre der Bedeckungsgrad der sich teils überlappenden Kondensstreifen dabei viermal größer.

Wie genau sich 2020 die reduzierte Bedeckung durch Kondensstreifen und Kondensstreifenzirren auf den Strahlungshaushalt der Erde auswirkt, wollen die Wissenschaftler in den nächsten Monaten anhand weiterer Satellitendaten und Analysen genauer bestimmen. Dafür messen sie unter anderem aus dem Weltall die von der Erde emittierte Wärmestrahlung im Vergleich zur einfallenden Sonnenstrahlung. "Wir hoffen in dieser besonderen Situation mit wenig Flugverkehr durch eine große Anzahl an Messungen direkt den Rückgang der Kondensstreifen im Wärmehaushalt der Erde nachweisen zu können", erläutert Prof. Dr. Markus Rapp, Direktor des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre.

Eiswolken und Kondensstreifen
Eiswolken und Kondensstreifen
Im Bild der Strahlungstemperaturen im oberen Teil werden dünne Eiswolken als weiß-hellgraue Muster dargestellt. Dabei werden auch Kondensstreifen sichtbar: Weiße Streifen deuten auf dicke aber noch junge Kondensstreifen hin. Die älteren Kondensstreifen haben sich untereinander und mit anderen Wolken überlagert und sind nicht mehr als Streifen erkennbar. Das obere Bild zeigt dabei Strahlungstemperaturdifferenzen der 10.8 und 12 µm Kanäle des Wettersatelliten Meteosat Second Generation (MSG) mit Sensor SEVIRI am 16. April 2020 um 10:00 Uhr Weltzeit. Unten: Falschfarbenbild zusammengesetzt aus sichtbaren und infraroten Messdaten des MSG/SEVIRI-Instruments für die gleiche Szene.
Credit: EUMETSAT/DLR

Winzige Eiskristalle in kalter Luft

Kondensstreifen bestehen weitgehend aus winzigen Eiskristallen, die in kalter Luft bei Temperaturen unterhalb von etwa -42 Grad Celsius aus den Abgasen eines Flugzeugs entstehen. Zunächst kondensiert der Wasserdampf auf Rußpartikeln in den Abgasen zu kleinsten Wassertröpfchen. Nach Abkühlung der Triebwerksabgase durch Vermischung mit der Umgebungsluft gefrieren die darin sich bildenden Tröpfchen rasch zu Eiskristallen. Ist die umgebende Luft genügend feucht (eisübersättigt), so nehmen die Eispartikel Wasserdampf aus der Umgebung auf, wachsen an, breiten sich aus und nehmen wolkenähnliche Formen an, die sich wie ein Schal um die Erde legen.

Diese Kondensstreifenzirren halten einen Teil der Wärmestrahlung der Erde in der Atmosphäre und bewirken so einen positiven Klimaantrieb, eine Erwärmung. Da sie auch Sonnenlicht reflektieren, wirken sie teils kühlend. Aktuell ist der Beitrag der Kondensstreifenzirren zum gesamten Strahlungsantrieb des Luftverkehrs von ähnlicher Größe wie der Strahlungsantrieb durch das CO2, welches seit Anbeginn der Luftfahrt von Flugzeugen ausgestoßen wurde. Anders als CO2, mit Lebensdauern von über 100 Jahren in der Atmosphäre, lösen sich Kondensstreifen in der Regel innerhalb von Minuten bis Stunden wieder auf, so dass ihr Klimaeffekt bei einem Verkehrsrückgang schnell reduziert wird. Das DLR untersucht auch, wie sich Kondensstreifen durch Routen um feuchte Luftbereiche herum vermeiden lassen.

Ergänzend soll auch die Änderungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre aufgrund des reduzierten Luftverkehrs bei einer Flugzeugmission mit den Forschungsflugzeugen Falcon und HALO erforscht werden.

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