DLR-Laser vermisst den Wind am windigsten Ort der Welt
Je exakter die Winde über dem Nordatlantik erfasst werden, desto präziser werden Wettervorhersagen und Klimamodelle. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt erprobt derzeit den Prototyp einer neuen Lasermesstechnik über den Eisflächen Südgrönlands. Mit dem Dopplereffekt können die Windfelder der Erde im Detail vermessen werden.
Mit dem Forschungsflugzeug DLR Falcon (vorne) sind zehn Testflüge der über Grönland geplant, die größtenteils koordiniert mit dem Forschungsflugzeug DC-8 der Nasa (hinten) stattfinden. Daten der Nasa DC-8 und der DLR Falcon werden miteinander verglichen.
Foto: DLR
Bevor die neue Wind-Lasermesstechnik des DLR ab Ende 2016 auf einem europäischen Wettersatelliten eingesetzt wird, muss der Prototyp derzeit den Praxistest bestehen. Das geschieht in der arktischen Polarregion um Island und Grönland, wo auch der windigste Ort der Welt liegt.
Dazu fliegen die Wissenschaftler mit dem Forschungsflugzeug Falcon von Island über die Eisflächen Südgrönlands und kalibrieren den neuen Wind-Lidar (Light detection and ranging). Später soll die Messtechnik in einem Wettersatelliten eingesetzt werden und aus dem Weltraum nahezu in Echtzeit Wind-, Wolken- und Aerosolprofile entlang seiner Bahn zur Erde senden und damit zu verbesserten Wettervorhersagen beitragen.
Aus kleinen Anomalien entstehen ganze Wettersysteme
Die arktische Polarregion ist die Wetterküche Europas. Dort, wo kalte Luftmassen aus polaren Regionen auf warme Luftmassen treffen, können sich kleine Anomalien zu ganzen Wettersystemen entwickeln. Berühmt sind die Islandtiefs, die hier entstehen. Zudem ist die Polarregion Grönlands von besonderem Interesse für die Klimaforschung aufgrund der ansteigenden Temperaturen in der Arktis und dem einhergehenden Rückgang des Polareises.
Blick aus der Falcon auf Grönland: Die arktische Polarregion um Island und Grönland ist die Wetterküche Europas. Dort wo kalte Luftmassen aus polaren Regionen auf warme Luftmassen treffen, können sich kleine Anomalien zu ganzen Wettersystemen entwickeln.
Quelle: DLR
„Bei der jetzigen Forschungsflugkampagne kalibrieren wir das neue Wind-Lidar über den grönländischen Eisflächen und testen dabei bereits unsere Algorithmen, damit später im Weltraum alles glatt läuft“, sagt Oliver Reitebuch vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Insgesamt sind rund zehn Testflüge über Grönland geplant, die größtenteils koordiniert mit dem Forschungsflugzeug DC-8 der Nasa stattfinden. Daten der Nasa DC-8 und der DLR Falcon werden miteinander verglichen.
Dopplereffekt: Laserlicht wird im Windfeld zurückgestreut
Derzeit werden die großen Windfelder über den Ozeanen optisch von Wettersatelliten über die Verfolgung der Wolkenbewegungen erfasst oder indirekt mittels Radar vermessen. „Die Wind-Lidar-Messungen erlauben es uns zukünftig, direkt die Windgeschwindigkeiten vom Boden bis in 20 Kilometer Höhe mit deutlich höherer Präzision zu messen. Höhenabhängig erreichen wir dabei eine Auflösung von 500 bis 1000 Metern“, so Reitebuch.
„Für die Messungen nutzen wir den Dopplereffekt, den viele Menschen vom Martinshorn eines Krankenwagens her kennen.“ Kommt der Wagen auf einen zu, klingt der Sirenenton durch den Dopplereffekt höher, denn die Wellenlänge des Schalls ist etwas verkürzt. Entfernt sich der Wagen nach der Vorbeifahrt, klingt der Sirenenton plötzlich tiefer, denn die Schallwellen werden in die Länge gezogen.
DLR-Projektleiter Dr. Oliver Reitebuch neben dem neuen Wind-Lidar-Gerät in der Falcon, mit dem die Winde bei Island und Grönland vermessen werden.
Quelle: DLR
„Beim Doppler-Lidar ist es ähnlich. Wir schicken Laserlicht einer genau bestimmten Wellenlänge in ein Windfeld hinein. Je nach Bewegung des Windfeldes wird das Licht mit einer nur minimal veränderten Wellenlänge zurückgestreut. Daraus bestimmen wir die entsprechende Windgeschwindigkeit“. Mit dieser Technik können gerade einmal zehn Milliardstel kleine Wellenlängenänderungen exakt erfasst werden.
Datensammlung zur Entwicklung von Islandtiefs
Neben der Erprobung des Wind-Lidars über Grönland sammeln die DLR-Atmosphärenforscher bereits Daten zur Entstehung und Entwicklung von Islandtiefs. Die Forscher wollen besser verstehen, wie sich aus kleinen Anomalien über Island, Grönland und dem Nordatlantik in kurzer Zeit die weitläufigen Tiefdrucksysteme bilden. „Die genaue Kenntnis der Windverteilung ist hier besonders wichtig, da fehlende Windinformationen besonders schnell zu Fehlern in Wettervorhersagemodellen führen“, erläutert Reitebuch.
Die Forscher, die dem Wind nachspüren, sind nicht die einzigen, die derzeit in Grönland unterwegs sind. DLR-Forscher entwickeln derzeit auch eine Messemethode, um per Radar bis zu 50 Meter tief ins grönländische Eis zu schauen, um dessen Struktur zu verstehen.
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