CoMet 3.0 Tropics: HALO kehrt nach erfolgreicher Messkampagne aus Brasilien zurück nach Oberpfaffenhofen

In diesen Gebieten gelangt aufgrund der anhaltenden Feuchte kaum Sauerstoff in den Boden. Die dort lebenden Mikroorganismen zersetzen abgestorbene Pflanzen deshalb ohne Sauerstoff und produzieren dabei Methan (CH₄). Dieser Prozess läuft bei hohen tropischen Temperaturen besonders effizient ab. Feuchtgebiete sind somit die größte natürliche Methanquelle der Erde und stellen die größte Unsicherheit in den globalen Methan-Budgets dar.

Die wissenschaftliche Leitung der Kampagne lag beim DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und dem brasilianischen Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais  (INPE, Nationales Institut für Weltraumforschung). Beteiligt waren außerdem die HALO-Partner der Universitäten Bremen und Heidelberg sowie das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. Unterstützt wurde die kampagne zudem von der DLR-Einrichtung für Flugexperimente. Insgesamt waren rund 120 Forschende aus Einrichtungen beider Länder beteiligt. Neben Brasilien erteilte auch Bolivien Genehmigungen für Messflüge in seinem Luftraum.

Kampagnenhighlights

Die durchgefühten Messflüge sprechen für sich. Bei drei Flügen über dem Pantanal, einem der größten Binnenland-Feuchtgebiete der Erde, das etwa halb so groß wie Deutschland ist, wurde die zeitliche Entwicklung der Treibhausgasemissionen zu Beginn der Trockenzeit erfasst. Vier Flüge führten über bolivianisches Staatsgebiet, für HALO eine Premiere, darunter zwei Flüge mit außergewöhnlich hohen Methananreicherungen über den Feuchtgebieten der Llanos de Moxos. Hinzu kamen Überflüge über den Balbina-Stausee und den 325 Meter hohen ATTO-Messturm (Amazon Tall Tower Observatory), ein deutsch-brasilianisches Projekt im  brasilianischen Regenwald, in dessen Rahmen seit 2015 kontinuierliche Messungen meteorologischer, chemischer und biologischer Daten sowie der Konzentration von Treibhausgasen stattfinden.

Weitere Messungen fanden über dem Amazonas, seiner Deltaregion und den Feuchtgebieten von Mamirauá statt. Auch hier wurden überraschend hohe Methankonzentrationen in der bodennahen Grenzschicht gemessen. In der Nähe von Santarém liegt am Amazonas eine Supersite der Europäischen Weltraumorganisation ESA (d.h. ein umfassend instrumentierter Messstandort), die insgesamt dreimal überflogen wurde.  Das Messprogramm wurde durch Überflüge über unberührten Regenwald sowie das Durchqueren mehrerer Rauchfahnen von Waldbränden ergänzt. Waldbrände sind ebenfalls eine signifikante Quelle von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Insgesamt entstand so ein unschätzbarer Datensatz für die Wissenschaft, der sowohl von den Fernerkundungs- als auch von den in-situ-Instrumenten an Bord von HALO stammt.

Referenzdaten für Satellitenmissionen und Klimamodelle

Ein zentrales Ziel der Kampagne war die Validierung bestehender sowie die Vorbereitung künftiger Satellitenmissionen zur Erfassung von Treibhausgasen. Dazu zählen die deutsch-französische Klimamission MERLIN, die Copernicus-Sentinel-Expansion-Mission CO2M, Sentinel-5, sowie u.a. die japanischen Treibhausgassatelliten GOSAT-2 und GOSAT-GW. Flugzeuggetragene Messungen liefern dafür räumlich hoch aufgelöste Referenzdaten, insbesondere in den Tropen, wo bodengebundene und satellitengestützte Beobachtungen aufgrund schwer zugänglichen Geländes und starker Bewölkung eingeschränkt sind. Zugleich soll die Kampagne dazu beitragen, Methanemissionen aus natürlichen Quellen (wie tropischen Feuchtgebieten) von denen aus anthropogenen Quellen (wie Landwirtschaft, Abfallwirtschaft, Energieproduktion und Waldbränden) zu unterscheiden und die Unsicherheit globaler Methanabschätzungen zu verringern. Die Daten werden mittels regionaler inverser Modelle sowie in Klima-Chemiemodelle analysiert und liefern letztlich Beiträge für die Berichterstattung (MRV) unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen.

An Bord von HALO kam dafür die einzigartige CoMet-Nutzlast zum Einsatz. Dazu gehörten das CHARM-F-Lidar und ein abbildendes Spektrometer (MAMAP2D) zur Messung der Treibhausgase CO₂ und CH₄ zwischen Flugzeug und Boden.  Beide dienen als flugzeuggetragene Demonstratoren für zukünftige Satelliteninstrumente. Außerdem wurden In-situ-Instrumente zur Messung von Spurengasen und atmosphärischen Konzentrationen von CO₂, CH₄, CO und N₂O eingesetzt. Dazu kam ein weiteres Fernerkundungsinstrument zur Messung von NO₂, HONO und HCHO, die aufgerüstete Basisinstrumentierung von HALO sowie meteorologische Dropsonden zum Einsatz. Einzelne Flugabschnitte führten gezielt über Bodenmessstationen wie ATTO und die Santarém Supersite, um die Flugzeugmessungen mit langjährigen Zeitreihen am Boden zu verknüpfen.

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