Infrarotsensor soll Klimaveränderungen frühzeitig anzeigen „Klima-Spürnase“ für die Zugspitze - scinexx | Das Wissensmagazin
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Infrarotsensor soll Klimaveränderungen frühzeitig anzeigen

„Klima-Spürnase“ für die Zugspitze

© DLR

Ein neuer Infrarotsensor an der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus auf Deutschlands höchstem Berg, der Zugspitze, soll in Zukunft Klimaveränderungen frühzeitig erkennen. Das Spektrometer wurde vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) zusammen mit der Universität Wuppertal entwickelt und wird punktuelle Temperatur-Messungen in 87 Kilometer Höhe, der so genannten Mesopause, vornehmen.

Die Ergebnisse von GRIPS 3 (GRound-based Infrared P-branch Spectrometer) werden anschließend mit entsprechenden Satellitendaten verglichen. Ziel ist es, die Satelliten so zu validieren, dass künftig global Temperaturveränderungen in der Mesopause frühzeitig erkannt werden können. Finanziert wird das Vorhaben vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz.

Die Mesopause kann wegen der dort herrschenden geringen Luftdichte als Frühwarnsystem für Klimasignale dienen. Die Luftdichte beträgt in diesem Bereich nur noch etwa ein Millionstel derjenigen am Erdboden. Trends in der Temperatur fallen daher in der Mesopause viel größer aus und sind damit früher nachweisbar als in den unteren „Stockwerken“ der Atmosphäre.

Die Mesopause ist für Messungen jedoch sehr schwer zugänglich; herkömmliche Wetterballone oder Flugzeuge erreichen diese Höhe nicht. Zunehmend untersuchen daher Satelliten die Mesopause. Die Auswertung der Satellitendaten ist jedoch wegen zu großer Ungenauigkeiten mit Problemen behaftet. Punktgenaue Messungen vom Boden aus, deren Ergebnisse mit den gewonnenen Satellitendaten verglichen werden, sind daher unabdingbar.

Temperaturschwankungen von bis zu 60 Grad

Im Bereich der Mesopause gibt es eine Häufung so genannter Hydroxyl-Moleküle (OH). Diese Moleküle senden im Bereich des nahen infraroten Teils des Lichtspektrums (um 1,5 Mikrometer) elektromagnetische Wellen aus, die mit GRIPS 3 gemessen werden können. Über eine geeignete Verhältnisbildung der Strahlungsintensitäten bestimmter Schwingungs- und Rotationsübergänge kann auf die Temperatur in diesem Höhenbereich geschlossen werden.

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Mit Erfolg liefert jetzt das seit April 2005 im Schneefernerhaus installierte Infrarot-Spektrometer GRIPS 3 Temperaturmessungen in der Mesopausenregion. Auffallend ist der Umstand, dass es dort im Gegensatz zum Erdboden im Sommer kalt und im Winter warm ist. Die Differenz ist enorm und kann bis zu 60 Grad betragen. Doch auch große Schwankungen von Tag zu Tag, ja sogar innerhalb weniger Minuten werden festgestellt.

GRIPS 3 ist Bestandteil des „Ground Truthing Centers Schneefernerhaus“. Es dient der Validierung satellitengestützter Messungen, aber auch der langfristigen Beobachtung der Mesopausentemperatur. Zu untersuchen sind Veränderungen, die durch terrestrische und solare Einflüsse bedingt sind, denn noch immer ist unser Wissen um den Einfluss der Sonne auf die Erdatmosphäre sehr gering.

Einfluss von Schwerewellen auf Luftströme nachweisbar

Nachweisbar sind dank GRIPS 3 auch so genannte Schwerewellen, deren Einfluss auf die globalen Luftströme bislang unterschätzt worden ist. Die Schwerewellen entstehen, wenn eine Luftmasse auf ein Hindernis trifft – beispielsweise auf eine Bergkette. Die Wellen können sich bis in die Mesopause ausbreiten, in der sie sich brechen und dabei die globale Zirkulation abbremsen oder beschleunigen können. Somit können sich die Wissenschaftler nun auch die plötzlichen Temperaturschwankungen in der Mesopause erklären. Dies Phänomen wird bislang in Klimamodellen nur unzureichend berücksichtigt, wodurch diese ungenau werden.

(DLR/DFD, 01.09.2005 – DLO)

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