Forschende der Universität zu Köln und des Forschungszentrums Jülich untersuchen mit einem Zeppelin die Verteilung von Spurengasen über Nordrhein-Westfalen. Seit dem 3. August fliegen die Atmosphärenchemikerin Dr. Eva Pfannerstill und der Atmosphärenchemiker Dr. Georgios Gkatzelis mit einem Zeppelin NT über die Metropolregion Rhein-Ruhr. Die zweiwöchige Messkampagne umfasst sowohl Waldgebiete als auch Städte wie Köln, Düsseldorf und Essen. Im Mittelpunkt stehen flüchtige organische Verbindungen (VOC). Die Forschenden wollen erfassen, welche Stoffe Wälder und städtische Quellen an die Atmosphäre abgeben und wie sich deren Konzentrationen zwischen bewaldeten und dicht besiedelten Gebieten verändern. Aus den Messdaten sollen hochaufgelöste Karten der VOC-Emissionen entlang von Stadt-Wald-Gradienten entstehen.
Die jeweils rund siebenstündigen Flüge folgen Routen, die nach wissenschaftlichen Kriterien geplant wurden. Wann sie stattfinden können, hängt stark vom Wetter ab. Der Zeppelin ist überwiegend in einer Höhe zwischen 100 und 300 m unterwegs und fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 65 km/h.
Langsame Flüge machen Messungen in geringer Höhe möglich
Die Forschenden sehen den Vorteil des Zeppelins vor allem in seiner langsamen und stabilen Flugweise. Dadurch kann die Messplattform vergleichsweise niedrige Höhen halten und ausgewählte Gebiete gezielt überfliegen. „Der Zeppelin bietet uns Möglichkeiten, die andere Forschungsplattformen nur eingeschränkt bieten“, sagt Pfannerstill. Die stabile Flugweise erlaube hochpräzise Messungen in niedriger Höhe und wiederholte Überflüge festgelegter Untersuchungsgebiete.
Pfannerstill und Gkatzelis arbeiten am Institute of Climate and Energy Systems – Troposphäre des Forschungszentrums Jülich. Pfannerstill ist über eine Kooperation außerdem Juniorprofessorin am Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln. Ihre Arbeitsgruppe untersucht, wie Umweltstress die Wechselwirkungen zwischen Wäldern und Atmosphäre verändert.
Wälder geben große Mengen unterschiedlicher Spurengase ab. Einige dieser Stoffe werden als charakteristischer Wald- oder Tannenduft wahrgenommen. In der Atmosphäre können sie zu kleinen Partikeln reagieren, die sowohl das Klima als auch die Luftqualität beeinflussen. Die Messflüge führen deshalb über Waldgebiete, die unterschiedlich stark durch Schädlinge oder andere Belastungen geschädigt sind. Die Forschenden wollen ermitteln, wie sich die Emissionen der Vegetation unter solchen Bedingungen verändern und welche Folgen der Klimawandel für die chemischen Prozesse zwischen Wald und Atmosphäre haben könnte.
Haushaltschemikalien als Quelle städtischer Emissionen
Gkatzelis untersucht mit seiner Arbeitsgruppe Emissionen aus Städten, die weder aus dem Verkehr noch aus industriellen Prozessen stammen. Dazu zählen flüchtige organische Verbindungen, die beispielsweise durch die Verwendung von Haushaltschemikalien freigesetzt werden. Die Messungen sollen zeigen, wie sich diese Stoffe in der Stadtluft verteilen und welchen Anteil sie an deren Zusammensetzung haben. Die gewonnenen Daten sollen außerdem dazu beitragen, Modelle zur Berechnung und Bewertung der Luftqualität weiterzuentwickeln.
Um Unterschiede zwischen natürlichen und städtischen Emissionsquellen sichtbar zu machen, überfliegt der Zeppelin nicht nur Ballungsräume, sondern auch die angrenzende Waldgebiete. Die räumlich hochaufgelösten Messungen sollen die Übergänge zwischen beiden Bereichen abbilden.
Verknüpfung mit Messungen am Boden
Die Zeppelin-Daten werden anschließend mit Ergebnissen weiterer Forschungsgruppen zusammengeführt. Die Flugkampagne ist unter anderem mit der parallel laufenden Messkampagne „Vital II“ des Instituts für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln verbunden. Dabei werden in der Kölner Bucht verschiedene meteorologische Messungen durchgeführt.
Auch innerhalb der Stadt Köln erheben die Universität und das Forschungszentrum Jülich zusätzliche Daten. Dafür kommen unter anderem ein Messfahrrad und ein mobiles Labor zum Einsatz. Die unterschiedlichen Plattformen sollen die Atmosphäre aus verschiedenen Höhen und mit mehreren Messverfahren erfassen.Vergleichsflüge führen zudem zu Waldmesstürmen in der Eifel und im niederländischen Loobos sowie zur Jülicher Fernerkundungs-Messplattform „Joyce“. Auf diese Weise können die Messwerte des Zeppelins mit stationären Beobachtungen abgeglichen und in einen größeren räumlichen Zusammenhang eingeordnet werden.
780 kg Messtechnik in der Passagierkabine
Für die Forschungsflüge wurde der Zeppelin NT mit Messgeräten verschiedener Institute des Forschungszentrums Jülich und weiterer externer Partner ausgerüstet. In der Passagierkabine befindet sich unter anderem ein Massenspektrometer. Die wissenschaftlichen Instrumente haben zusammen ein Gewicht von 780 kg.
Zusätzlich wurde an der Spitze des Zeppelins ein neu entwickeltes, hochauflösendes Windmesssystem in den Nasenmast integriert. Es soll die Luftbewegungen während der Flüge erfassen und damit die Auswertung der gemessenen Spurengaskonzentrationen unterstützen.
Der Zeppelin dient damit während der zweiwöchigen Kampagne als fliegende Forschungsplattform. Danach kommt er wieder in seinem eigentlichen Bereich zum Einsatz: für Rundflüge.
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