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Wolkenphysik

Abteilungsleiterin: Prof. Dr. Christiane Voigt

Trotz ihrer globalen Relevanz für das Klima sind einige physikalische Prozesse an Wolken und ihre Effekte auf die Zusammensetzung der Atmosphäre und ihren Strahlungshaushalt bislang nur unzureichend verstanden. Insbesondere die genauere Charakterisierung von Wolken, ihrer Variabilität und ihres Einflusses auf die Wasserdampf- und Spurenstoffverteilung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) hilft wichtige Unsicherheitsfaktoren in der Bewertung des aktuellen Klimas zu reduzieren.

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Der Luftverkehr liefert aktuell den größten direkten Beitrag zu den anthropogenen Emissionen in der UTLS. Neben der Emission von Spurengasen, Aerosolen und seinen Vorläufern bilden sich unter bestimmten meteorologischen Bedingungen im Nachlauf von Flugzeugen Kondensstreifen und Kondensstreifen-Zirren. Deren Klimawirkung übersteigt die der anderen nicht-CO₂ Effekte des Luftverkehrs deutlich. Eine gezielte Reduktion oder Milderung der Klimawirkung des Luftverkehrs erfordert daher eine solide Datenbasis und eine Verbesserung des wissenschaftlichen Verständnisses der zugrundeliegenden physikalisch-chemischen Prozesse.

Unsere Forschungsschwerpunkte sind:

• Wolken-Nukleation, Lebenszyklus, Mikrophysik und Strahlung
• Einfluss von Wasser und Wolken auf das Strahlungsbudget der Atmosphäre
• Eiswolken in der oberen Troposphäre und Stratosphäre
• Emissionen des Luftverkehrs, Kondensstreifen und Kondensstreifen-Zirren
• Neue Technologien und alternative Treibstoffe
• Einfluss von Spurenstofftransport / Wolken auf die Zusammensetzung der UTLS
• Polare Stratosphärenwolken und Ozon

Wir entwickeln und betreiben moderne Methoden zur direkten Messung von Wolken, Wasserdampf und anderen Spurengasen in der Atmosphäre:

• Laserspektroskopie: Wolkensonden basierend auf Streulicht und abbildenden Verfahren 2D-S (Spec), CAS-DPOL, FSSP (DMT) zur Messung der Größenverteilung, Anzahl, Wolkenwassergehalt, Form von Wolkenpartikeln
• Massenspektrometrie: Atmosphärische chemische Ionisations-Massenspektrometer AIMS zum Nachweis von H₂O, HNO₃, HCl, SO₂ und organischen Verbindungen
• Hygrometrie: Taupunktspiegel, Dioden-Laser Instrumente (TDL) zur Bestimmung von H₂O vom Boden bis zur Stratosphäre
• Drop-Sonden zur Messung von Feuchte, Temperatur, Wind

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Die Instrumente werden auf den Forschungsflugzeugen HALO und Falcon eingesetzt. Die direkten Flugzeug-Messungen werden synergetisch komplementiert mit Fernerkundungsdaten vom Flugzeug und Satellit und mit Messungen am Boden, im Labor und in atmosphärischen Simulationskammern. Prozessstudien helfen, die Zusammenhänge zwischen Wolkenbildung, Lebenszyklus und Klimawirkung besser zu verstehen.

Die Forschungsgruppe „Wolkenphysik“ ist aus der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe AEROTROP (http://www.pa.op.dlr.de/AEROTROP/) hervorgegangen und ist heute verknüpft mit einer Professur für „Experimentelle Atmosphärenphysik“ am Institut für Physik der Atmosphäre (http://www.phmi.uni-mainz.de/1839.php) der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz.