Blog

Nach 16 Forschungsflügen war es Zeit für den Rückflug nach Oberpfaffenhofen, Deutschland. Bei diesem Flug wurden keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich der Wetterbedingungen getroffen und es wurden auch keine wissenschaftlichen Ziele definiert. Alle Instrumente an Bord von HALO waren stabil. Die Flugroute war größtenteils von Wolken dominiert. JIG beobachtete geringfügige Schwankungen in der oberen Troposphäre in allen gemessenen Komponenten.

Einer unserer letzten Forschungsflüge zielte auf die beiden Kohlekraftwerke in der Nähe des Genesee-Sees ab. Die Idee dahinter war die Überprüfung der Hypothese, dass die Emissionen aus Punktquellen, also den Kohlekraftwerken, bei Nacht besser quantifizierbar sein müssten, da ihre Emissionen nicht wie tagsüber durch Turbulenzen gestört werden. Die CO₂-Emissionen konnten mit CHARM-F zwar nachgewiesen werden, jedoch nicht sehr deutlich. Außerdem wehte ein relativ starker Wind und das Kraftwerk lief möglicherweise nicht mit voller Leistung. Da es sich um einen Nachtflug handelte, wurden keine In-situ-Messungen durchgeführt. Nur JIG führte Messungen in großer Höhe durch, während die passiven Sensoren Sonnenlicht benötigen um Treibhausgase dedektieren zu können. JIG beobachtete einen kleinen anhaltenden Gradienten in der oberen Atmosphäre, aber es konnten keine Informationen über lokale Emittenten gewonnen werden.

Diesmal führte uns der Flug in den südlichen Teil des Lake Winnipeg, da dort nach den ersten beiden Winnipeg-Flügen weitere mögliche Methanquellen vermutet wurden. Zusätzlich umfasste der Flug einen niedrigen Anflug über Feuchtgebiete im südlichen Ontario sowie Fernerkundungsmessungen über einer Deponie im Stadtgebiet von Winnipeg. Wir wollten herausfinden, ob zwischen dem Lake Winnipeg und den westlich gelegenen Seen, Lake Winnipegosis und Lake Manitoba starke Methanemissionen aus Feuchtgebieten auftreten. Die Zielgebiete wurden mithilfe von Emissionsmodellen ausgewählt, die den Ausstoß von Treibhausgasen in Abhängigkeit von Faktoren wie Ausdehnung von Oberflächenwasser, mikrobieller Aktivität, Temperatur, Niederschlag und Überflutung abschätzen. Beim Betrachten der Luftbilder mit ihrer mosaikartigen Struktur aus Bäumen, flachen Gewässern, Mooren und Sümpfen wurde deutlich, wie schwierig es ist, die Methanproduktion dieser Landschaftsformen zu quantifizieren.

Neben den andauernden Waldbrandaktivitäten, welche uns zum Ändern unserer Flugrouten zwang, wollten wir vor allem die bodennahen Luftschichten besser charakterisieren. Die sogenannte planetare Grenzschicht ist der Teil der Troposphäre, in dem Eigenschaften der Erdoberfläche wie Temperatur, Albedo, Feuchte und Oberflächenstrukturen die atmosphärische Dynamik stark beeinflussen. Aufgrund turbulenter Durchmischung ist die vertikale Mischung hier besonders ausgeprägt, während in der darüberliegenden freien Troposphäre stabil geschichtete Luftmassen dominieren. Der Großteil der an der Oberfläche freigesetzten Treibhausgase verbleibt daher innerhalb der planetaren Grenzschicht. Ein Ziel der In-situ-Messungen während des Fluges war es, die Höhe der planetaren Grenzschicht zu bestimmen. Dies erfolgte durch gezielte Steig- und Sinkflüge.

Neben den diversen arktischen Feuchtgebieten in Kanada waren auch verschiedene anthropogene Quellen von Methan im Fokus der Kampagne. Dazu flogen wir am 10. September, in vergleichsweiser geringer Entfernung zu unserer Basis in Edmonton, zu mehreren potentiallen Methanquellen, insbesondere die großen Kohleminen bei Elkford und Sparwood im Südosten von British Columbia.

Der Kohleabbau setzt häufig große Mengen unterschiedlicher Gase frei. Das Gasgemisch, das überwiegend aus Methan besteht und während der Bergbauaktivitäten austritt, wird auch als Grubengas bezeichnet. Im Untertagebaus stellt dieses Gas ein erhebliches Risiko dar, da es Konzentrationen erreichen kann, bei denen bereits ein einzelner Funke eine Explosion auslösen konnte. Methan wird jedoch nicht nur im Untertagebau freigesetzt, sondern auch beim Tagebau, wie es bei den Minen in der Region um Elkford der Fall ist.

Dies war unser zweiter Flug über die Hudson Bay Lowlands und fand am 7. September statt, nur zwei Tage nach unserem vorherigen Besuch in dieser Region. Das weitläufige Gebiet, das sich entlang der Südküste der Hudson Bay erstreckt, ist vollständig von Seen, kleinen Inseln, Flüssen und Torfgebieten geprägt. Im Winter ist die Landschaft tiefgefroren, und auch die Hudson Bay selbst friert zu. Im Sommer taut die Oberfläche auf und kann mäßig warme Temperaturen erreichen, was eine kurze, aber intensive Vegetationsperiode ermöglicht. Abgestorbene Biomasse sammelt sich in den Sümpfen an und wird von Mikroorganismen zersetzt, wobei Methan freigesetzt wird.

Die Region ist nahezu unzugänglich, bietet kaum fruchtbares Land und weist ein Klima auf, das menschliche Besiedlung stark erschwert. Unsere Strategie bestand darin, die Anreicherung von Methan in den Luftmassen zu messen, die über die Feuchtgebiete hinwegströmt. Dazu flogen wir sowohl entlang der Windrichtung als auch quer dazu in sogenannten Aufwind- und Abwind-Flugabschnitten. Für die In-situ-Messungen gingen wir bis auf 500 Fuß (etwa 150 m) über Grund hinab, um möglichst klare Methansignale zu erfassen.

Die Hudson Bay Lowlands stellen nach der Amazonasregion und dem westsibirischen Tiefland das drittgrößte Feuchtgebiet der Erde dar. In derart ausgedehnten und schwer zugänglichen Regionen ist es äußerst schwierig Daten zu Methanemissionen vom Boden aus oder mit kleineren Forschungsflugzeugen zu erheben, vor allem aufgrund der enormen Flächenausdehnung. Daher war es uns ein besonderes Anliegen dieses Gebiet großräumig zu erkunden. Um nicht nur einen Fernerkundungsblick auf diese Region zu bekommen, entschieden wir uns dafür mit HALO sogenannte „Dips“ in die Grenzschicht zu fliegen. Dabei wurde überwiegend in etwa 2.500 m Höhe geflogen und nur zeitweise in die PBL abgestiegen.

Insgesamt dauerte der Flug mehr als zehn Stunden, sodass wir umfangreiche Datensätze aus einer bislang wenig untersuchten Region gewinnen konnten. Während des gesamten Fluges war eine diffuse Aerosolschicht sichtbar, die höchstwahrscheinlich durch die immer noch aktiven Waldbrände im Nordwesten der USA sowie in den kanadischen Rocky Mountains in British Columbia und Alberta verursacht wurde. Die Rauchfahnen dieser Brände wurden in den Tagen zuvor nach Nordosten transportiert und waren daher auch über den Hudson Bay Lowlands sichtbar.

Beim elften Forschungsflug, am 3. September waren erneut die Feuchtgebiete nordöstlich des Lake Winnipeg das Ziel. Das Gebiet wurde ein zweites Mal überflogen, um die Messungen vom letzten mal zu bestätigen und zu validieren. Die Flugmuster wurden dabei an die unterschiedlichen Windbedingungen angepasst. Die Windrichtung ist eine zentrale Größe für die Bestimmung von Methanflüssen über einem Gebiet. Während des Fluges wird die Windrichtung mithilfe eines Sensors im Nasenmast von HALO gemessen und auf im Flugniveau ermittelt.

Nach unserer Landung konnten wir einen spektakulären Sonnenuntergang mit einer glühend roten Sonne beobachten. Diese Färbung ist auf Aerosole zurückzuführen, die von Waldbränden in den Rocky Mountains freigesetzt wurden und an diesem Tagüber Edmonston lagen. Diese Partikel streuen das Sonnenlicht, wobei die kurzwelligen blauen Anteile stärker gestreut werden, sodass das verbleibende Licht überwiegend rot erscheint.

Am 2. September wollten wir Methanemissionen aus der Öl- und Gasförderung im Westen Albertas messen. Während dieses Fluges ergab sich unerwartet die Möglichkeit, die Rauchfahne eines neu entstehenden Waldbrandes zu beobachten. Durch ungünstige Wetterbedingungen war es uns in den Tagen zuvor nicht möglich gewesen einen Messflug durchzuführen.
Das Ziel war diesmal eine neue Region mit Öl- und Gasförderanlagen nordwestlich unserer Basis in Edmonton, am Rand der Rocky Mountains. Aus der Luft waren diese Anlagen als Rodungsflächen im Wald erkennbar.

Während wir dem geplanten Flugmuster folgten, fiel uns über den Rocky Mountains eine ungewöhnliche Wolkenstruktur auf, die deutlich über die umliegenden Wolken hinausragte und die planetare Grenzschicht durchstieß. Um eine solche Höhe zu erreichen, muss die aufsteigende Luft deutlich wärmer sein als die Umgebungsluft, was auf einen aktiven Waldbrand hindeutete.

Waldbrände spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf, da sie innerhalb kurzer Zeit große Mengen Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzen, der zuvor über Jahrzehnte in der Vegetation gespeichert war. Im Verlauf der nächsten Stunde konnten wir die rasche Entwicklung einer ausgeprägten Rauchfahne beobachten. Die Flugroute wurde kurzfristig angepasst, sodass HALO über und durch die Rauchfahne fliegen konnte, um sie mit In-situ- und Fernerkundungsinstrumenten zu vermessen. Später erfuhren wir, dass es sich um den Chetamon-Waldbrand nahe Jasper in Alberta handelte. Satellitenbilder zeigen, dass sich dessen Rauchfahne innerhalb weniger Stunden über mehrere hundert Kilometer nach Westen ausbreitete. Zusammen mit Rauchfahnen zahlreicher weiterer Brände in den US-amerikanischen und kanadischen Rocky Mountains trug der Chetamon-Waldbrand zu einer großräumigen Dunstschicht über weiten Teilen Südkanadas bei, die wir einige Tage später sowohl in Edmonton als auch in den Hudson Bay Lowlands beobachteten.

Am 26. August flogen wir über die Feuchtgebiete in der Nähe des Lake Winnipeg, dem zehntgrößten Süßwassersee der Welt. Außerdem wollten wir Waldbrände überfliegen, um deren Einfluss auf unsere Messungen besser charakterisieren zu können.

Während des Fluges führten wir einen geplanten Fehlanflug, einen sogenannten Missed Approach auf einem Flughafen durch. Dabei handelt es sich um ein Flugmanöver, bei dem ein Sinkflug ähnlich einem Landeanflug durchgeführt wird, um ein vertikales atmosphärisches Profil zu erfassen. Kurz vor dem Aufsetzen steigt das Flugzeug wieder auf die ursprüngliche Flughöhe an.

Zusätzlich setzten wir mehrfach Dropsonden ein, um Daten der umgebenden Atmosphäre zu erfassen. Während des Fallens überträgt jede Sonde ihre Messdaten per Funk an das Flugzeug. Anhand der GPS-Positionsdaten lassen sich Windgeschwindigkeit und Windrichtung bestimmen. Darüber hinaus sind die Sonden mit Sensoren für Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit ausgestattet, die vertikale Profile der thermodynamischen Eigenschaften der Atmosphäre liefern. Ein kleiner Fallschirm verlangsamt den Abstieg und stellt sicher, dass die Sonde während des gesamten Sinkflugs stabil ausgerichtet bleibt.

Nach sechs Tagen am Boden verließen HALO und die Besatzung erneut den Hangar, um einen Flug über Lloydminster durchzuführen. Hier befindet sich die sogenannte „Heavy Oil Capital of Canada“. Dieses Gebiet war bereits zu Beginn der Kampagne überflogen worden und bot nun die Möglichkeit, zusätzliche Daten zur Validierung zu sammeln.

Lloydminster ist dafür bekannt, die einzige Grenzstadt Kanadas zu sein. Die Stadt liegt sowohl in der Provinz Saskatchewan als auch in Alberta. Für unsere Flugplanung war dies unproblematisch, da beide Provinzen derselben Zeitzone angehören und keine Abstimmung mit unterschiedlichen Flugsicherungen erforderlich war.

Während des Fluges wurden spiralförmige Sinkflüge durchgeführt, um in-situ Messungen in verschiedenen Höhen zu gewinnen und vertikale Profile der Spurengaskonzentrationen zu erstellen. In diesem Abschnitt flogen wir über einzelne Ölförderanlagen, die im Bild anhand der helleren Flächen in den Feldern zu erkennen sind.

Am 18. August flogen wir erneut über die Gebiete des Athabasca Flussdeltas und der Oil Sands welche bereits während dem vierten und dem sechsten Messflug das Ziel wahren.

Zusätzlich zu diesen Zielgebieten beobachteten wir auf dem Rückflug einen Waldbrand in der Nähe eines Messgebiets. Um bei dieser einmaligen Gelegenheit repräsentative Proben zu gewinnen, tauchten wir mit HALO in die Rauchfahne des Brandes ein. Es wurde ein recht holpriger Flug.

Neben den Messflügen fand in Yellowknife am 16. August gemeinsam mit der NASA ein Tag der offenen Tür statt. Dabei hatte die Öffentlichkeit die Möglichkeit, Forscher zu treffen und die Forschungsflugzeuge zu besichtigen.
Etwa 30 Einwohner von Yellowknife hatten die Gelegenheit, direkt mit Forschern der CoMet 2.0-Kampagne und dem Team um das Terrestrial Ecology Program der NASA zu interagieren. Die Besucher konnten das HALO-Flugzeug besichtigen und Fragen zu den Bordinstrumenten und den wissenschaftlichen Zielen der Mission stellen.

Die beiden Teams der Flugmesskampagnen verfolgen ein gemeinsames Ziel in einem größeren Zusammenhang. Während die CoMet 2.0-Mission darauf abzielt, Methan- und Kohlenstoffemissionen besser zu verstehen, konzentriert sich das NASA-Team direkt auf die Auswirkungen der Klimaänderungen auf die Ökosysteme. Charles Miller vom Terrestrial Ecology Program der NASA leitet eine groß angelegte, langfristige Feldkampagne namens Arctic-Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE), die seit 2015 über einen Zeitraum von acht bis zehn Jahren in Alaska und Westkanada durchgeführt wird. ABoVE zielt darauf ab, das Verständnis für die Anfälligkeit und Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen und menschlichen Gesellschaften in einer sich schnell verändernden Umwelt zu verbessern.

Über den Tag der offenen Tür wurde auch in zahlreichen lokalen Medien berichtet:

Am 16. August flogen wir über das Peace-Athabasca-Delta, das größte Binnendelta Nordamerikas. Die Feuchtgebiete des Peace-Athabasca-Deltas bilden ein komplexes und dynamisches Ökosystem aus Flüssen, Seen, Kanälen, Sümpfen und Graslandschaften mit einer Fläche von etwa 3.900 km².

Für die Fernerkundungsinstrumente sind wolkenfreie Bedingungen erforderlich, weshalb die Flugrouten sorgfältig anhand der Wettervorhersagen geplant werden müssen. Diese Planung erfolgt durch ein Team in Deutschland. Während des Überführungsfluges zum Peace-Athabasca-Delta war der Himmel zunächst bedeckt, doch beim Erreichen des Messgebiets klarte es auf und ermöglichte optimale Bedingungen für die Messungen. Das Timing hätte kaum besser sein können.

Am 12. August flogen wir in den hohen Norden Kanadas in den etwa 210 Kilometer breiten Feuchtgebietskorridor des Mackenzie-Deltas in der kanadischen Arktis. Zusätzlich legten wir einen Zwischenstopp in Inuvik ein, wo wir das AVIRIS-NG-Team der NASA persönlich trafen.

Die Wetterbedingungen waren an diesem Tag nahezu ideal. Klarer Himmel, warme Temperaturen, mäßiger Wind und eine ausreichend hohe planetare Grenzschicht boten hervorragende Voraussetzungen für die Messungen. Der Tankstopp in Inuvik verlief reibungslos und war sehr gut organisiert. Mehrere Teammitglieder berichteten, dass der Blick auf das ausgedehnte Deltagebiet aus der Luft ein besonders eindrucksvolles Erlebnis war.

Dieser Flug markierte zudem die 1.000ste Landung von HALO – ein bedeutender Meilenstein. Unser Dank gilt den Pilotinnen und Piloten, der Flugbereitschaft (DLR-FX) sowie den Instrumententeams.

Für den zweiten wissenschaftlichen Messflug in Kanada steuerten wir die Athabasca Oil Sands an, eine der bedeutendsten Methanquellen des Landes. Ein zentrales Element dieses Fluges war die Koordination mit dem NASA-Instrument AVIRIS-NG, das am selben Tag Messungen über dem gleichen Gebiet durchführte.
Wie bereits am Vortag profitierten wir von wolkenfreien Bedingungen, die für unsere Fernerkundungsinstrumente essenziell sind.

Auf dem Rückflug bot sich ein klarer Blick auf Edmonton.

Der erste Flug in Kanada führte uns zu den Ölfeldern bei Frog Lake und Lloydminster sowie zu Kraftwerken westlich von Edmonton.

Dieser erste Messflug war ein erfolgreicher Auftakt für die Kampagne. Die wolkenfreien Bedingungen waren für alle Instrumententeams äußerst günstig. Die ersten Vorschaubilder der Daten zeigten bereits klar erkennbare Signale verschiedener Methan- und Kohlenstoffdioxidquellen. Detaillierte Ergebnisse folgen nach der vollständigen Datenauswertung.

HALO und die Besatzung sind sicher in Kanada angekommen.
Der Transferflug bei der CoMet 2.0 Kampagne erfolgte von Oberpfaffenhofen aus über den nördlichen Atlantik mit einer wunderbaren Sicht auf Grönland und schließlich über Kanada, nach Edmonton.

Die Flugzeit von Oberpfaffenhofen in Deutschland nach Edmonton in Kanada war ursprünglich mit etwa 9,5 Stunden angesetzt, die Landung erfolgte jedoch mit zwei Stunden Verspätung erst um 16:30 Uhr Ortszeit.

Alle Instrumente arbeiteten während des Überführungsfluges zuverlässig, auch wenn große Teile der Strecke oberhalb der Wolkendecke zurückgelegt wurden.