Aktuelles aus dem Alpenraum

ICOS-Label für Messstelle Zugspitze des UBA

Atmosphärenmessstation Schneefernerhaus erfüllt strengen ICOS-Qualitätssicherungsprozess für eine standardisierte Datenproduktion.

Das ICOS (Integrated Carbon Observation System) Netzwerk umfasst nahezu 150 Stationen in ganz Europa, wobei die Anzahl der Stationen jedes Jahr wächst.

Am 26. Mai 2021 wurde während der ICOS Generalversammlung nun auch die Messstelle des Umweltbundesamtes im Schneefernerhaus als ICOS Class 2 Atmosphärenmessstation zertifiziert.

Für Treibhausgasmessungen sind nun insgesamt 80 von 148 Messstationen  standardisiert. Die ICOS-Daten tragen dazu bei, auf europäischer Ebene die Kohlenstoffemissionen und -senken genauer zu quantifizieren. Die Daten werden von Wissenschaftlern für ein besseres Verständnis des Systems Erde genutzt.  Die Daten sind frei zugänglich und können auf der Homepage des ICOS Data Portals abgerufen werden.

Pressemitteilung ICOS

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Elementarteilchen-Spurensuche auf der UFS

Im April 2021 wurde in einer Kooperation zwischen der Universität Prag, der Universität Augsburg, dem DLR Institut für Raumfahrtsysteme Bremen und dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR in Oberpfaffenhofen im Messlabor des Helmholtz Zentrums München, Institut für Strahlenmedizin ein Elementarteilchen-Detektor aufgebaut.

Der Timepix3 Detektor misst kontinuierlich und in Echtzeit den Fluss und die Winkelverteilung der Sekundärteilchen, die beim Auftreffen kosmischer Strahlung auf die Erdatmosphäre entstehen, sowie die Aktivität der Tochterprodukte des aus dem lokalen Gestein austretenden Radons. Der Messaufbau wird vom Institut für Experimentelle und Angewandten Physik der Tschechischen Technischen Universität Prag (IEAP CTU) zur Verfügung gestellt, dessen Fokus unter anderem auf der Entwicklung von Detektorsystemen für Experimente der Kern-, Astro-, Teilchen- und Weltraumphysik liegt. In Kooperation mit dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums des DLR und  der Universität Augsburg wird u.a. der Zusammenhang zwischen atmosphärischen Dichtefluktuationen (bedingt durch atmosphärische Wellen) und dem auf der Erdoberfläche detektierter Fluss von Sekundärteilchen untersucht.

Pressemitteilung des DLR

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Einsatz von künstlicher Intelligenz zum besseren Verständnis des Klimawandels

07.05.2021

Wissenschaftler des DLR (EOC) analysieren mit hochauflösenden Kameras und mit der Hilfe künstlicher Intelligenz das Verhalten von Schwerewellen in der Atmosphäre. Die Entschlüsselung dieser Mechanismen kann entscheidend zum Verständnis unseres Klimas und des Klimawandels beitragen.

Schwerewellen entstehen durch Schwingungen oder Auslenkungen der Luftsäule, z. B. wenn Luftpakete über Gebirgszügen zum Aufstieg gezwungen werden. Dieser Impuls überträgt sich bis in die sogenannte UMLT (obere Mesosphäre / untere Thermosphäre). Dort brechen die atmosphärischen Schwerewellen besonders häufig und geben dabei die transportierte Wellenenergie an die Umgebung ab. Das Ergebnis: Die Atmosphäre wird an diesen Stellen aufgeheizt – und das in beträchtlichem Maße mit Folgen für das globale Wettergeschehen. Das Verhalten der Schwerewellen steht in direktem Zusammenhang mit den Temperatur- und Druckverhältnissen unserer Troposphäre.

Zur Messung dieser Schwerewellen, die durch eine luftleuchtende Schicht - das sogenannte OH*-Airglow - sichtbar werden, wird die Infrarotkamera 'Fast Airglow Imager 3 (FAIM 3)'  eingesetzt. Diese kann vom Boden aus die Turbulenzen der Wellen in der Atmosphäre beobachten. Ein solcher FAIM-Gerät ist auch auf der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus installiert und wird von den Wissenschaftlern des DLR (EOC) betrieben.

Ein der größten Herausforderungen bei der Analyse der Messungen besteht in der schieren Menge der Daten. Man spricht hier auch vom Problem der 'big data': Jede Nacht werden mit FAIM 3 automatisch alle 2,8 Sekunden Bilder der OH*-Schicht aufgenommen. Es ist bereits eine mühsame und langwierige Aufgabe, in den FAIM 3 – Messungen weniger Monate nach Turbulenzereignissen zu suchen. Wie kann dann die Sichtung einer stetig wachsenden Datenmenge bewerkstelligt werden, wenn noch weitere Instrumente in Betrieb genommen werden?

Zur Lösung dieser Aufgabe hat das EOC nun neue Verfahren entwickelt, die mit Hilfe künstlicher Intelligenz die Datenmenge stark verkleinert. Ziel ist es, in einem nächsten Schritt, dieses Verfahren auch in der Lage ist, in den Daten die Turbulenzen auch automatisch zu entdecken. Eine Weiterentwicklung, die maßgeblich zum Verständnis des Klimas und des Klimawandels beitragen wird.

Pressemitteilung des DLR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Ozonrückgang durch Corona-Lockdown

16.03.2021

Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie zeigen mit Infrarotmessungen auf der Zugspitze einen Rekord-Rückgang von sieben Prozent in der freien Troposphäre.

Deutlich weniger Verkehr, ob auf der Straße oder am Himmel: In der freien Troposphäre, dem Bereich der Erdatmosphäre in einem bis acht Kilometern Höhe, bewirkt der lockdownbedingte Rückgang von Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen eine Abnahme der photochemischen Produktion von Ozon. Nachgewiesen haben das Infrarotmessungen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) als Teil einer Studie des Deutschen Wetterdienstes, der weitere Messungen mit Laserradar und Ballonsondierungen durchführte. Das Team hat gezeigt, dass sich der beschriebene Ozon-Rückgang in der freien Troposphäre über die gesamte nördliche Hemisphäre erstreckt. Über die Ergebnisse berichten die Forschenden in der Zeitschrift Geophysical Research Letters.

„Hier zeigen sich Tiefstwerte, wie sie seit dem Jahr 2000 nicht mehr gemessen wurden“, berichtet Ralf Sussmann vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), dem Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen, der mit seinem Team die Messungen an der Forschungsstation auf der Zugspitze durchführte. „Der Ozonrückgang in diesem Reinluftbereich, also einem Bereich mit geringer Schadstoffbelastung, bietet zwar keine wesentlichen Vorzüge für die Gesundheit, aber die aktuelle Situation erlaubt es in idealer Weise, unser Verständnis der Ozonbildung und -zerstörung in der Atmosphäre zu überprüfen.“

Pressemitteilung des KIT

Wissenschaftliche Publikation: Steinbrecht et al. in Geophysical Reserach Letters. Covid-19 Crisis Reduces Free Tropospheric Ozone Across the Northern Hemisphere

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Ätna: Schwefeldioxid und Vulkanasche an der Zugspitze

10.03.2021

 Am 22. Februar 2021 um ca. 23:15 Uhr brach der Ätna in Italien aus. Nur zwei Tage später konnten an der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus (UFS) bereits Schwefeldioxid und Aschepartikel gemessen werden.

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) betreibt auf der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus unterhalb des Zugspitzgipfels ein Instrument zur Messung von Schwefeldioxid in der Atmosphäre. Des Weiteren nutzt die UFS ein sogenanntes Ceilometer, ein vollautomatisch rund um die Uhr messendes Laserinstrument zur Erfassung von Partikeln in atmosphärischen Schichten oberhalb der UFS. Damit lassen sich beispielsweise Saharastaub und Vulkanasche in der Luft detektieren. Schwefeldioxid und Vulkanasche sind es auch, die bei Vulkanausbrüchen vermehrt in die Erdatmosphäre gelangen.

Während der letzten Februarwoche wurden an der UFS deutlich höhere Schwefeldioxidwerte als normal gemessen. Der Wert von Schwefeldioxid (SO2) der in der Regel unter 1 ppb liegt, erreichte am Donnerstag den 25. Februar Werte von 3-6  ppb (parts per billion = Teilchen pro 1 Milliarde Luftteilchen), im Maximalwert wurden knapp 20 ppb gemessen

Das Ceilometer zeigte am 25. Februar in den frühen Morgenstunden eine wenige hundert Meter dicke Partikelschicht ca. 1 km oberhalb der UFS an, die im Tagesverlauf auf das Niveau der Station herabsank und zu einer starken Zunahme der ebenfalls am Schneefernerhaus gemessenen Partikelanzahl (bis 25.000 Partikel/cm3) in der Luft führte.

Die gemessenen Schwefeldioxid- Konzentrationen weit über dem Normalwert korrelieren zeitlich mit den Ausbrüchen des gut 1000 km entfernten Vulkans Ätna auf Sizilien. Dieser zeigte bereits am 19. Februar verstärkt strombolianische Aktivität, sogenannte Paroxysmen, und stieß in den darauf folgenden Tagen vermehrt Schwefeldioxid und Aschewolken aus. Die Ausbrüche setzten sich in den kommenden Tagen fort, teilweise mit spektakulären, mehreren Hundert Metern hohen Lavafontänen. Nach einer kurzen Ruhepause zum Monatsende wurden bis 7. März weitere Ausbrüche beobachtet, deren Emissionen jedoch in Richtung Griechenland, naher Osten und afrikanische Mittelmeerküste getragen wurden. Die bisher letzte verzeichnete Aktivität war in der Nacht vom 9. auf den 10. März, wie mit Hilfe von Satellitenaufnahmen ermittelt werden konnte. Derzeit ist noch nicht abzusehen, ob es zu weiteren Ausbrüchen kommen wird.

Die vulkanischen Emissionen am 22. Februar erreichten für den Ätna ungewöhnliche 11 bis 12 km Höhe und zogen in nordwestliche Richtung über das Mittelmeer und die Südküste von Sardinien Die Messungen am Schneefernerhaus weisen aber darauf hin, dass es in den Luftschichten eine Bewegung Richtung Norden gegeben haben muss, die die Vulkanwolke über die Alpen nach Deutschland gebracht hat. Diese Bewegung konnte vom DWD auch gut mit Hilfe von Satellitendaten (SEVIRI) beobachtet werden.

Die Messungen des DWD am Schneefernerhaus spielen eine wichtige Rolle für die Erkenntnis über die Ausbreitung und die zeitliche Entwicklung von derartigen Wolken. Auch beim Ausbruch des Eyjafjallajökull 2010 auf Island wurden zeitnah erhöhte Schwefeldioxidwerte und Aschepartikel an der UFS gemessen. Mithilfe der damals gewonnen Information über die Ausbreitung und die Aschemenge konnten unter anderem auch Warnungen für Flugreisen untermauert werden.

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Saharastaub-Ereignis 06./07.02.2021

09.02.2021

Die am Wochenende (06./07. Februar 2021) über Süddeutschland sichtbare Saharastaubwolke wurde auch auf der GAW Station Zugspitze / Hohenpeißenberg mit verschiedenen Geräten gemessen. Die Kollegen vom Deutschen Wetterdienst (DWD) am Hohenpeißenberg und Umweltbundesamt (UBA) im Schneefernerhaus berichten:

Am 05.02.2021 ca. 12:00 UTC tauchen in ca. 3 km Höhe ü.N.N. die ersten Saharastaubschichten im Ceilometer (siehe Abbildung) am Hohenpeißenberg auf. Evtl. vorhandene höhere Schichten werden durch Wolken verdeckt. Die bis ca. 4 km reichende Staubschicht senkt sich am 06.02. ca. 18:00 auf das Niveau des Hohenpeißenbergs ab (ca. 1000 m ü.N.N). Bereits am 05.02. ca. 15:00 senkte sich die Schicht auf das Niveau der UFS ab (2650 m ü.N.N) und wurde in-situ als Anstieg der Massenkonzentration gemessen.

Die maximalen PM10 Massenkonzentrationen am Hohenpeißenberg mit zwei verschiedenen Messprinzipien gemessen betrugen im SHARP (beta-Absorption): 93 µg/m³, im TEOM-FDMS (Resonanzwägung): 121 µg/m³, auf der UFS sogar fast 350  µg/m³ (siehe Abbildung) . Die Partikelgrößenverteilung  zeigte Partikelgrößen zw. 0.5 und ca. 15 µm. Die Aerosolfilter am Hohenpeißenberg und der UFS (Abbildung) haben eine deutlich sandfarbene Färbung.

Abb.: DWD Observatorium Hohenpeißenberg; UBA Messstelle Zugspitze