Wettermodelle: Messonden aus dem Flieger über Island

Jeder kennt diese Situation im Wetterbericht, wenn der Moderator auf der Landkarte ein neues Islandtief ankündigt. Schon bald, heißt es dann oft, werden die Tiefausläufer das Festland erreichen und das Wetter für viele Tage in Europa bestimmen.

Kleine Fehler führen häufig dazu, dass die Prognose in Europa über einige Tage sehr unsicher ist. Denn es brodelt gewaltig in der Wetterküche über dem Atlantik, und das ist schwierig in Wettermodellen darzustellen. Unter der Leitung der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR) sollen nun Forschungsflüge mit hochauflösenden Messdaten mehr Licht in das für Europa so entscheidende Wettergeschehen im abgelegenen Nordatlantik bringen. Dabei gibt es sogar einen Live-Datentransfer zu den weltweiten Wetterdiensten.

Ein Flügelschlag über Grönlands Küste

„Der Flügelschlag eines Schmetterlings kann theoretisch das Wetter auf der anderen Seite der Erde beeinflussen, jedoch können die meisten Artgenossen fliegen, ohne dem Wetter etwas anzuhaben“, sagt Prof. George Craig von der LMU München, der das internationale Forschungsprojekt NAWDEX (North Atlantic Waveguide and Downstream impact Experiment) leitet. „Es gibt besonders aktive Bereiche in Wettersystemen, auf die Prognosen sensibel reagieren.“

Europas Wettergeschehen im Voraussagezeitraum bis zu 14 Tagen hängt dabei besonders stark von den abgelegenen Regionen über dem Atlantik ab. Dort gibt es ausgedehnte Strömungen schnell aufsteigender Warmluft, die große Windströmungen umlenken und tausende Kilometer weiter auf dem Kontinent ihre Wirkung entfalten. „Entscheidend ist die Kondensationswärme in den Wolken, die starke Winde antreibt“, so Prof. Craig weiter. „Dieser Prozess ist wenig verstanden und unzureichend berücksichtigt in heutigen Wettermodellen.“

Auf der Jagd nach Wettersystemen mit HALO und Falcon

Mit den Forschungsflugzeugen HALO und Falcon fliegen die Forscher vom 19. September bis 16. Oktober in diese Wettersysteme, um hochaufgelöste Daten über Temperatur- und Windverhältnisse sowie Wolkeneigenschaften zu sammeln. „Dabei tasten wir mit RADAR– und auf Lasertechnik basierten LIDAR-Instrumenten sowie Messsonden den Bereich von 14,5 Kilometer Höhe bis hinunter zur Oberfläche ab.“, sagt Dr. Andreas Schäfler vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre, der das Projekt NAWDEX koordiniert. „Unsere beiden Forschungsflugzeuge agieren dabei wie zwei räumlich sehende Augen, die in Regionen, in denen sonst nur wenige Beobachtungen verfügbar sind, einen tiefen Blick in Wind und Wolken ermöglichen.“

Livedaten für die Wetterprognose

Die vom Forschungsflieger HALO abgeworfenen Messsonden gleiten, gebremst von kleinen Fallschirmen, zu Boden und senden ihre Daten dabei direkt zum Flugzeug. „Im Flieger haben wir für die Daten einen Echtzeitlink zu den Wetterdiensten aufgebaut, so dass die gewonnen Messwerte direkt in die Prognosen einfließen“, erläutert Dr. Schäfler. „Dadurch können wir herausfinden, welchen Einfluss unsere Messungen auf die Prognosen insbesondere von ‚High-Impact‘-Wetterereignissen mit großem Schadenspotential haben.“ Auch der Deutsche Wetterdienst speist während der Mission die Daten der Forscher in seine Vorhersagen ein.

Ab Keflavik abseits der Flugrouten

Basis der Forschungsmission ist der internationale Flughafen Keflavik auf Island. Von dort aus können die Wissenschaftler gut in die Bereiche des Wettergeschehens gelangen. „Unsere Forschungsflugplanung hängt natürlich stark von den regulären Flugrouten über den Atlantik ab“, sagt DLR-Forschungspilot Roland Welser. „Einfacher gestaltet sich die Planung, wenn sich die Forschungsflüge in den Regionen um Island abspielen.

Aufwändiger wird es, wenn wir entlang der regulären Atlantikflugrouten agieren und unter oder über den Linienmaschinen hindurchschlüpfen müssen.“ Das vom DLR betriebene Forschungsflugzeug HALO besitzt zudem eine sehr große Reichweite, was den Wissenschaftlern sehr entlegene und bisher kaum erreichbare Regionen über dem zentralen und östlichen Atlantik zugänglich macht.

Bessere Simulation der Wetterküche

Zusammen mit einer Reihe weiterer Messungen von internationalen Partnern entsteht so ein nie da gewesenes Bild darüber, wie sich die sensiblen Wettersysteme über dem Nordatlantik entwickeln; Ein Erkenntnisschub, der die Simulation im Computer weiter präzisieren wird. Diesen Teil der detaillierten Datenauswertung übernimmt, eingebettet in ein großes internationales Wissenschaftskonsortium, die Forschungsinitiative Waves to Weather (W2W).

„Die aktuelle Wetterforschung im Nordatlantik wird einen entscheidenden Beitrag zum aktuellen HIWeather-Forschungsprogramm der Weltorganisation für Meteorologie leisten, die sich zum Ziel gesetzt hat, die gesellschaftliche und wirtschaftliche Reaktionsfähigkeit auf Großschäden verursachende High Impact Wetterlagen zu verbessern“, so Prof. George Craig, der ebenfalls Sprecher der Forschungsinitiative ist.

NAWDEX – eine Internationale Forschungskampagne

Insgesamt sind im Projekt NAWDEX über 30 internationale wissenschaftliche Partner eingebunden. Die Messkampagne mit den beiden Forschungsflugzeugen HALO und Falcon ist ein gemeinsames Projekt des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre, der LMU München, des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg und der Universitäten Köln, Hamburg und Leipzig, sowie der ETH Zürich. NAWDEX und Waves to Weather sind von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Forschungsinitiativen.

Über HALO und Falcon

Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitutde and Long Range Research Aircraft) ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Deutschen GeoForschungsZentrums (GFZ), des Forschungszentrums Jülich (FZJ) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Das Forschungsflugzeug Falcon des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist bereits seit 40 Jahren im Einsatz für die Atmosphärenforschung.

Auf den Fotos

HALO unter hohen Wolken über dem Atlantik: HALO unter hohen Wolken, die in einem stark aufsteigenden Luftstrom über dem Atlantik entstanden sind.

HALO und Falcon bei der Ankunft in Keflavik, Island: HALO (hinten) und Falcon bei der Ankunft Keflavik, Island. Mit den Forschungsflugzeugen HALO (hinten) und Falcon fliegen die Forscher in Wettersysteme, um hochaufgelöste Daten über Temperatur- und Windverhältnisse sowie Wolkeneigenschaften zu sammeln

Visualisierung aufsteigender Luftmassen über dem Atlantik: Visualisierung einer Vorhersage des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage. Zu sehen sind aufsteigende Luftmassen (farbige Linien), die über Nordeuropa den Jetstream (grüne Oberfläche) erreichen. Visualisiert mit „Met.3D“.

Wolken die durch aufsteigende Luftmassen über dem Atlantik entstehen: Blick aus dem Forschungsflugzeug HALO auf Wolken die durch großräumige Hebung in aufsteigenden Luftmassen über dem Atlantik entstehen.

Das Forschungsflugzeug HALO beim Start: Das vom DLR betriebene Forschungsflugzeug HALO besitzt zudem eine sehr große Reichweite, was den Wissenschaftlern sehr entlegene und bisher kaum erreichbare Regionen zugänglich macht.

DLR-Forschungsflugzeug Falcon auf dem Flughafen Keflavik, Island: Das Forschungsflugzeug Falcon des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist bereits seit 40 Jahren im Einsatz für die Atmosphärenforschung.