Wolken-Aerosol-Wechselwirkungen in einer stickstoffdominierten Atmosphäre - Partikelneubildung, Aktivierung und Turbulenz (CAINA-NAT)

• Antragstellerin: Dr. Birgit Wehner
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552347513

Bildung und Eigenschaften von Wolken in der Atmosphäre hängen neben der Wasserdampfsättigung maßgeblich von der Verfügbarkeit von geeigneten Aerosolpartikeln ab. Weiterhin bieten besonders Wolkenränder oft ideale Bedingungen für die Partikelneubildung wodurch Aerosol- und Wolkenmikrophysik eng miteinander verknüpft sind. Für die Vorhersage von regionalen Wetter- und Klimaszenarien ist daher neben einer guten Kenntnis der Eingangsparameter, wie Partikelgrößenverteilung und Meteorologie auch ein gründliches Prozessverständnis notwendig. Im Frühjahr 2025 findet an der niederländischen Küste ein internationales Feldexperiment zum Einfluss von Stickstoff auf die Wolkeneigenschaften statt. Die Region hat bodennah im Frühjahr sehr hohe Konzentrationen von Nitrat aus der Landwirtschaft. TROPOS wird mit der Hubschrauberplattform ACTOS teilnehmen und im Rahmen des bereits geförderten Projektes CAINA (Cloud-Aerosol-Interactions in a Nitrogen-dominated Atmosphere) Wolkenwasser für die chemische Analyse sammeln. Das eröffnet die Möglichkeit, weitere Sensoren für die Charakterisierung von Aerosolpartikeln und Wolkentropfen auf ACTOS zu integrieren und während der stattfindenden Messflüge zu betreiben. Damit kann die Vertikalverteilung von Aerosolpartikeln erfasst und es können Regionen mit erhöhten Konzentrationen kleiner, vermutlich neu gebildeter Partikel, lokalisiert werden. Es werden Anzahlgrößenverteilungen von Aerosolpartikeln (PNSD) und Wolkentropfen (DNSD) gemessen, dazu die gesamte Anzahlkonzentration von Partikeln, der Flüssigwassergehalt sowie die wesentlichen meteorologischen Parameter. Ein großer Vorteil dieser Messungen ist die langsame Fluggeschwindigkeit von etwa 20 m/s, die eine hohe räumliche Auflösung der Messungen ermöglicht. Die gemessenen PNSD und DNSD werden kombiniert betrachtet, um Abhängigkeiten von der Luftmassenherkunft zu untersuchen. Es wird erwartet, dass marine Luftmassen weniger Aerosolpartikel und darin gebildete Wolken wenige, aber große Tropfen enthalten. ACTOS-Messungen wie PNSD, Wasserdampf- und Temperaturprofile werden weiterhin als Eingangsparameter in das spektrale Wolkenmikrophysik-Modell SPECS zur Simulation der Wolkenbildung verwendet. So werden die vertikale Windgeschwindigkeit und die Partikelzusammensetzung variiert und mit den entsprechenden Messdaten verglichen. Eine Doktorandin, die aktuell am TROPOS ihre Masterarbeit erstellt, wird die Aerosolmessungen durchführen und auswerten, während ein PostDoc Messung und Auswertung der Wolkenmikrophysik bearbeitet sowie das Modell betreibt. Die finale Synergie der Daten liegt bei der Doktorandin. Vergleichbare Messungen zu Aerosol- und Wolkenmikrophysik wurden in den vergangenen Jahren an Orten wie Barbados und den Azoren durchgeführt. Dort wurde z.B. häufig Partikelneubildung an Wolkenkanten beobachtet. Untersuchungen zur Bildung von Wolkentropfen wurden nur teilweise durchgeführt und sollen im Rahmen dieses Projektes für alle vorhandenen Daten systematisch erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Holger Siebert