MIRAH - der Isotopensammler auf dem Höhenforschungsflugzeug HALO

Einsätze des Probensammlers

HALO-TECHNO-Mission

Im Rahmen einer technischen Kampagne (TECHNO-Mission) mit dem Forschungsflugzeug HALO konnte die Funktionsfähigkeit des Luftprobensammmlers MIRAH erstmals unter normalen Einsatzbedingungen getestet werden. Der Jungfernflug fand am 28. Oktober 2010 statt, was gleichsam der erste HALO-Flug mit wissenschaftlichen Nutzerinstrumenten an Bord war. Auf den insgesamt vier Flügen arbeitete der Luftprobensammler zuverlässig und fehlerfrei. Es konnten nicht nur sehr wichtige Erfahrungen im Flugbetrieb des Geräts, sondern auch bis zu 24 Luftproben auf jedem einzelnen Flug gesammelt werden. Eine Probenahme umfasst ca. 35 Liter und dauerte nur wenige Minuten.

erster operationeller Flug

HALO-Mission TACTS

Die Region der oberen Troposphäre/unteren Stratosphäre (OT/US oder engl: UTLS) spielt eine entscheidende Rolle für das chemische und Strahlungs-Budget der Atmosphäre. Ozon und Wasserdampf als Treibhausgase zeigen ihre größte Klimawirksamkeit um die Tropopause. Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der OT/US beeinflussen sehr stark den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Tatsächlich wurde eine signifikante temporäre Abnahme des Ozons in der unteren Stratosphäre der mittleren Breiten beobachtet. Aber Trends sind in der US noch nicht ausreichend verstanden aufgrund der starken dynamischen Variabilität. Desweiteren variieren sie stark mit Jahreszeit, Ort und Jahr. Daher ist es unbedingt erforderlich, ein besseres quantitatives Verständnis für die Variabilität und saisonale Variationen der chemischen Zusammensetzung und der diese Variationen kontrollierenden Prozesse in der OT/US zu erhalten.

Ein Hauptfokus der Mission TACTS (Transport and Composition in the UT/LMS) im Sommer 2012 ist die Messung der Spurengas-Zusammensetzung im Bereich der OT/US der Subtropen und mittleren Breiten, um den Lufttransport um den Subtropenjet während des Übergangs Sommer-Winter besser zu quantifizieren. Die, während TACTS gemessenen, Spurengase und beobachtete Spurengas-Korrelationen helfen die Frage zu beantworten, ob Spurengasanomalien in der US (z.B. während der Jahre 2001 und 2003) eine meteorologische Ausnahme waren oder ob sie erste Signaturen sich ändernder Transportwege in Verbindung mit einem Klimawandel waren.

Geplante Studien sind:

1. Budget-Studien der Luftmassenherkunft in der US, basierend auf Spurengasmessungen,
2. Wasserdampf (totales Wasser und Gasphasenwasser), Wasserdampf-Isotope und Partikelmessungen primär als Proxies für Dehydratationswege von der Troposphäre in die US,
3. Studien zur Luftmassenherkunft basierend auf Korrelationsanalysen,
4. Beobachtung von kurzlebigen Spurengasen wie Kohlenwasserstoffe und einige Halogenkohlenwasserstoffe und ihrer photochemischen Zerfallsprodukte zur Bestimmung von schnellem Transport aus der maritimen und kontinentalen Grenzschicht in die US,
5. intensive Modellierung und meteorologische Unterstützung.

HALO-Mission OMO

Die extratropische freie Troposphäre zwischen 8 und 15 km Höhe ist eine sensitive Region der Atmoshäre bezüglich Klimawirksamkeit und chemischer Zusammensetzung. Ihr oberer Bereich koppelt die Stratosphäre mit der Troposphäre. In der Nordhemisphäre ist die freie Troposphäre substanziell durch weitreichenden Transport von Luftverschmutzungen beeinflusst, unterstützt durch episodischen Aufwärtstransport von Verschmutzungsstoffen durch Konvektionsereignisse sowie allmählicher Aufwärtstransport in den sogenannten warm conveyor belts zyklonaler Störungen.

Die Abbauraten natürlicher und anthropogener Substanzen sowie die Bildung von Ozon werden größtenteils durch Oxidationsreaktionen kontrolliert, in denen HOx-Radikale eine Schlüsselrolle spielen. Da bislang nur wenige Messungen von Radikalen und Vorläufersubstanzen in der freien Troposphäre vorliegen, beruhen bisherige Abschätzungen der atmosphärischen Zusammensetzung und Klimaänderungen stark auf Simulationen mit inadequat getesteter Chemie und generellen Zirkulationsmodellen.

Durch die Messkampagne OMO im Sommer 2013 sollen Modelle getestet und verbessert werden, indem die Berechnungen der Radikalbildung und der Abbauprozesse durch ausgedehnte in situ Beobachtungen mit dem Höhenforschungsflugzeug HALO unterstützt werden.

Die OMO (Oxidation Mechanism Observations) Kampagne zielt auf die Bestimmung der Konversionsraten natürlicher und anthropogener Substanzen durch Oxodationsprozesse in der Troposphäre ab. Diese wiederum beeinflussen die Lebenszeit und die globale Verteilung von Luftverschmutzungen und verschiedenen Treibhausgasen, einschließlich des troposphärischen Ozons.
Schwerpunkt der Messkampagne ist die Messung von HOx-Radikalen sowie die Quantifizierung der Hauptquellen und -senken, um Modellrechnungen zu testen. Dabei stehen folgende Aspekte im Fokus:

1. Oxidationsprozesse und Chemie der freien Radikale,
2. weitreichender Transport von Luftverschmutzungen,
3. hochreichende Konvektion und Blitze.

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