Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) untersuchten mit dem Forschungsflugzeug Falcon die tropische Luft der westafrikanischen Küste auf ihre Zusammensetzung und wie sich diese auf die klimarelevanten Wolkeneigenschaften auswirken.
Westafrika ist im Wandel. Rapide wachsende Bevölkerung, massive Urbanisierung, komplexe meteorologische Einflüsse, unkontrollierter Waldabbau und Luftverschmutzung verändern die Zusammensetzung der Atmosphäre und damit das Wetter und Klima. Was für Folgen die Luftverschmutzung aber für Land und Leute hat, und wie die verschiedenen Emissionsquellen die Region langfristig beeinflussen, ist bislang unzureichend erforscht. Die Messflüge waren Teil des fünf Jahre dauernden EU-Projekts DACCIWA (Dynamics-aerosol-chemistry-cloud interactions in West Africa).
Cocktail an Emissionen
Monsunwind mit Seesalz aus dem Süden, Saharawind mit Staub aus dem Norden, Holzkohlefeuer und verbrannter Müll aus den Städten und Kraftwerken, Schiffsverkehr, Ölplattformen und veraltete Motoren – die Luft in der Küstenregion Westafrikas vermengt sich zu einem einzigartigen Gemisch aus verschiedensten Spurengasen, Flüssigkeiten und Teilchen.
Flugzeuge, Bodenstationen und Wetterballons
Gleichzeitig bilden sich regelmäßig in der Atmosphäre zum Teil mehrschichtige Wolkendecken, die großen Einfluss auf das lokale Wetter und Klima haben. Wie sich die Luftpartikel aber genau zusammensetzen und welchen Einfluss sie auf das Entstehen und Verschwinden von Wolkenformationen haben, ist bislang unzureichend erforscht und nicht in aktuelle Klimamodelle integriert. Forscher aus insgesamt 16 wissenschaftlichen Einrichtungen in sechs Ländern untersuchen in dem vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten EU-Projekt DACCIWA die Zusammenhänge zwischen Wettereinflüssen, Klimawandel und Luftverschmutzung.
In einer koordinierten Messkampagne erforschen die Wissenschaftler dabei erstmals die gesamte Kette der Auswirkungen von natürlichen und menschengemachten Emissionen auf die westafrikanische Atmosphäre. Von Juni bis Juli waren sie dazu mit drei Forschungsflugzeugen in Westafrika vor Ort. Für die Messungen bauten sie drei hochinstrumentierte Messstandorte im Landesinneren auf, ließen mehrmals am Tag an sieben Standorten Wetterballons steigen, bestimmten die urbanen Emissionen und werteten Gesundheitsdaten der Stadtbewohner aus. Das Projekt schafft damit Grundlagen für neue und präzisere Klima-, Wetter- und Luftqualitätsmodelle, die eine nachhaltigere Entwicklungspolitik ermöglichen.
Wolkenschichten unter der Lupe
Vom Flughafen Lomés aus, nur fünf Kilometer von der Grenze Ghanas entfernt, starteten die DLR-Forscher mit dem, gerade 40 Jahre gewordenen, Forschungsflugzeug Falcon in die westafrikanischen Lüfte. Die Piloten der DLR-Einrichtung Flugexperimente aus Oberpfaffenhofen steuerten die Falcon in verschiedenen Höhen durch Wolkenschichten und flogen gezielt in Abgasfahnen hinein. Auch der Schiffsverkehr vor der südlichen Küste Westafrikas und die Emissionen einer Ölplattform vor Ghana wurden untersucht. In der Kabine schwitzten während der Flüge die Klimaexperten des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre bei über 40 Grad. Mit Hilfe von Spurengas-, Partikel- und Wolkenmessinstrumenten sammelten sie Daten innerhalb und außerhalb der Wolken.
„Aerosole sind Partikel in der Atmosphäre, die von natürlichen und anthropogenen, also menschengemachten Quellen stammen“, erklärt DLR-Projektleiter Dr. Hans Schlager. „Mit der Falcon fliegen wir gezielt in Wolken und messen die Aerosolbelastung der Luftmassen. Das erlaubt es uns, den Einfluss der vorherrschenden Luftverschmutzung auf die Wolkeneigenschaften zu untersuchen.“ Da sich über der Küste Westafrikas jeden Tag eine ausgedehnte Stratus-Wolkenschicht bildet, eignet sich die Region hervorragend als Labor, um diese Wechselwirkungen zu studieren.
Drei Forschungsflugzeuge flogen dazu koordinierte Messflüge: Neben der DLR-Falcon waren das eine Twin Otter-Propellermaschine des British Antarctic Survey und die ATR des Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement (SAFIRE) der französischen Forschungsinstitutionen CNRS, Météo-France und CNES. Die unterschiedlichen Flugzeugstypen spielten jeweils ihre besonderen Stärken aus (Reichweite, Flughöhe und -dauer) – flogen jedoch mit ähnlicher Instrumentierung, um einen konsistenten gemeinsamen Datensatz zu generieren.
Überraschende Erkenntnisse
Die Luftverschmutzung bleibt nicht dort wo sie entsteht, sondern zieht sich bis zu 300 Kilometer ins Landesinnere. Deshalb verfolgten die Forschungsflugzeuge die Abgasfahnen der großen Küstenstädte Accra, Abidjan, Lomé und Cotonou auf ihrem Weg von der Küste bis ins Landesinnere, bevor sie – über Wälder und Savannen hinweg – weiter in Richtung Sahara ziehen.
Erste Ergebnisse zeigen überraschenderweise, dass die Abgasfahnen einen sehr hohen Anteil an organischem Material enthalten. Ein Befund, der auf Verbrennungen von Holzkohle, Müll und landwirtschaftlichen Abfällen bei niedriger Temperatur hindeutet. Die vielen Luftpartikel führen dabei zu einer erheblichen Trübung der Atmosphäre. Dadurch erreicht weniger Sonnenlicht den Erdboden und es ändert sich der Tagesverlauf von Temperatur, Wind, Wolken und Regen. Die Messungen zeigten nun zum ersten Mal die enorme Komplexität in den verschiedenen Wolkenschichten, deren Ursachen nach wie vor unklar sind.
Forschung bis 2018
Noch bis 2018 erforschen die Wissenschaftler im Projekt DACCIWA die Einflüsse der verschiedenen Emissionen auf die Wolkeneigenschaften und die Luftqualität in Westafrika. „Unsere Ergebnisse dienen dazu, die gegenwärtigen Klima- und Wettermodelle zu verbessern. Dann können wir gemeinsam mit unseren afrikanischen Partnern belastbarere Prognosen für Westafrika aufstellen – einer Region, die weltweit mit am stärksten die Auswirkungen des Klimawandels zu spüren bekommen wird“, wagt Dr. Schlager einen Blick in die Zukunft.
Bildequelle: DLR (CC-BY 3.0)
