Untersuchungen zur kleinskaligen vertikalen und horizontalen Variabilität des atmosphärischen Grenzschichtaerosols mit unbemannten Flugsystemen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um die vertikale und horizontale Struktur des Windfeldes und die Bildung von Aerosolpartikeln in der polaren atmosphärischen Grenzschicht (ABL) zu untersuchen, führten die drei Projektpartner von der Technischen Universität Braunschweig, dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig und der Eberhard Karls Universität Tübingen eine umfangreiche Messkampagne mit UAS (uncrewed aerial Systems, automatisch operierende kleine Forschungsflugzeuge) durch. Die Kampagne fand auf dem Flugplatz von Ny-Alesund, Spitzbergen, Svalbard in der Nähe des Global Atmosphere Watch Observatory im April und Mai 2018 statt. Die Kampagne begann im April bei geschlossener Schneedecke und deckte den Zeitraum der Schneeschmelze im Mai ab. Es wurden zwei verschiedene UAS-Typen eingesetzt: Das UAS ALADINA der Technischen Universität Braunschweig konzentrierte sich auf meteorologische Bedingungen und die Messung der Konzentration von Aerosolpartikeln verschiedener Größenklassen. Das Flugsystem ALADINA wurde für den Betrieb in Spitzbergen umfassend überarbeitet, und dabei u.a. mit einer Isolierung und aktiven Beheizung sowie aktiven Bremsen zur Landung bei niedrigen Temperaturen versehen. ALADINA wurde zur Untersuchung der kleinskaligen vertikalen und horizontalen Variabilität von Aerosol eingesetzt und diente insbesondere als Bindeglied zwischen den beiden Observatorien Gruvebadet (am Kongsfjord) und auf dem Zeppelin-Berg (470 m Höhe), die oft starke Unterschiede aufweisen. Durch Kombination mit den meteorologischen Daten konnte die Ausbreitung verstanden werden, wie z.B. die erhöhte Konzentration von Partikeln unter einer Temperaturinversion. Weiterhin wurde der Zusammenhang mit Bodeneigenschaften und den komplexen orographischen Verhältnissen untersucht. Der Übergang zwischen Land und offenem Wasser zeigte eine Veränderung bei den Aerosoleigenschaften. Insbesondere wurde eine erhöhte Konzentration von ultrafeinen Partikeln über dem Wasser beobachtet, was auf lokale Prozesse und Partikelneubildung hindeutet. Die UAS vom Typ MASC-3 der Universität Tübingen konzentrierten sich auf die Messung des komplexen Windfeldes um Ny-Alesund. Die Ergebnisse der Messungen mit MASC-3 zeigen die starke horizontale und vertikale Variabilität im lokalen Windfeld, das vom umliegenden komplexen Gelände und Gletschern beeinflusst wird. Diese Analyse der Windbedingungen trägt zum Verständnis des allgemeinen Mikroklimas um Ny-Alesund bei und ist eine wichtige Voraussetzung, um die Transportprozesse von Aerosolpartikeln zu verstehen. In der Vorbereitung der Messkampagne wurden die UAS des Typs MASC zur Version 3 weiterentwickelt und an die Einsatzbedingungen in der Arktis angepasst. Außerdem wurde die Entwicklung der VTOL-Version (vertical take-offand landing) MASC-V ausgelost. Auch neue Sensorsysteme zur Messung von Partikeln und elektrischen Ladungen an Bord von MASC-3 wurden im Rahmen des Projekts initiiert und implementiert.
