Projekt
Ein Blick auf Methodik, Ziele und Instrumentierung des CLOUDLAB Projekts.
CLOUDLAB
Das ETH Projekt CLOUDLAB nutzt Wolken als natürliches Labor, um grundlegende Aspekte der Eisbildung und des Eiswachstums zu erforschen. Dabei werden mit Hilfe einer Drohne Eiskristalle in unterkühlten Stratuswolken (Hochnebel) erzeugt und die dadurch entstehenden mikrophysikalischen Änderungen mit diversen bodengestützten Fernerkundungssytemen und einem Fesselballon gemessen. Das Ziel des CLOUDLAB Projektes ist es mit Hilfe dieser gezielten Wolken-Experimente das grundlegende Verständnis der Eisbildung in Wolken und damit auch die Niederschlagsprognose zu verbessern. Das Ergebnis von CLOUDLAB wird ein multidimensionaler Datensatz aus boden- und luftgestützter Wolkenmessungen sowie Simulationen mit dem Wettervorhersagemodell sein.
Herausforderungen und Design der Experimente
Wolken spielen eine zentrale Rolle in unserem Klimasystem. Sie beeinflussen den Strahlungshaushalt der Atmosphäre und sind ein wichtiger Bestandteil des Wasserkreislaufes. Der Grossteil des Niederschlags bildet sich in Wolken, die Eiskristalle enthalten. Trotz intensiver Forschung sind viele fundamentale Prozesse der Niederschlagsbildung, insbesondere die Bildung und das Wachstum von Eiskristallen, noch nicht vollständig verstanden.
Um diese Lücken zu schliessen, werden in Rahmen des CLOUDLAB-Projekts unterkühlte Stratuswolken (auch sog. Schichtwolken/Hochnebel) als natürliches Labor genutzt, um grundlegende Aspekte der Eisbildung und des Eiswachstums mit Hilfe einer Vielzahl von Instrumenten zu erforschen. Dabei werden von einer Drohne eisbildende Aerosolpartikel in einem kontrollierten Experiment freigesetzt und die dadurch entstehenden mikrophysikalischen Änderungen mit diversen Fernerkundungssystemen und einem Fesselballon gemessen. Stratuswolken sind für unsere Experimente der ideale Wolkentyp, da sie relativ stabil und verhältnismässig homogen sind im Vergleich zu anderen Wolkenarten (z.B. Cumulus). Durch die Langlebigkeit von Stratuswolken bei sich nur langsam ändern Umgebungsbedingungen können zwischen einer Reihe von Experimenten einzelne Parameter (z.B. Partikelkonzentration) variiert werden und somit die Experimente unter ähnlichen und realistischen Anfangsbedingungen wiederholt werden, wodurch die Lücke zwischen Labor- und Feldmessungen geschlossen werden kann.
Ablauf der Experimente
Ein einzelnes Experiment besteht dabei aus zwei Schritten: Im ersten Schritt werden eisbildende Partikel per Drohne in unterkühlten Stratuswolken eingebracht (auf der Luvseite vom Hauptaufbau der Messinstrumente), um so die Bildung und das Wachstum von Eiskristallen zu induzieren. Diese Eiskristalle werden im zweiten Schritt auf der Leeseite von verschiedenen Messsystemen gemessen, darunter ein Wolkenradar, ein holographischer Bildgeber auf einem Fesselballon und eine zweite Drohne. Durch die Variation der Distanz zwischen der Ausbringung der eisbildenden Partikel und der Messung der Eiskristalle können die Prozessraten der Eisbildung und des Eiswachstums direkt bestimmt werden, was wichtige Erkenntnisse über die niederschlagsbildenden Prozesse ermöglicht.
Die Analyse der Wolken-Experimente dient dazu, die Mikrophysik von Wolken im Wettervorhersagemodell ICON (ICOsahedral Non-hydrostatic model; nächste Generation Wettervorhersagemodell der MeteoSchweiz) zu verbessern und damit auch die Niederschlagsprognose. Zuletzt können die Ergebnisse aus dem CLOUDLAB-Projekt wichtig sein, um die Folgen von künstlicher Wetterbeeinflussung und Klimaeingriffen zu quantifizieren.
Messgeräte
