ALEXIA - Verbindung von arktischen Wärme-, Methan- und Kohlendioxidflüssen mit Eigenschaften des Meereises von lokalen zu sub-regionalen Skalen mit fluggestützten Messungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt ALEXIA ermöglichte die Teilnahme der Hubschrauber-Schleppsonde HELiPOD an der Expedition Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC), um Daten zur Beschreibung der Atmosphäre, der Meereis-Oberfläche und Strahlung in der Zentralen Arktis zu gewinnen. Zu diesem Zwecke wurde die bereits vorhandene Schleppsonde HELiPOD technisch und wissenschaftlich überholt und verbessert: Da die meisten Sensoren auch auf Temperaturschwankungen reagieren und konstante Betriebsbedingungen benötigen, wurde das gesamte System isoliert und aktiv beheizt. Speziell für die Bedingungen in der Arktis wurde eine neue Stromversorgung mit Batterie-Management-System integriert. Das elektrische System und die Datenerfassung wurden auf den Stand der Technik gebracht. Abschließend wurde der HELiPOD mit etwa 60 Sensoren verschiedener Disziplinen versehen, um die Teile der Erdsysteme, Atmosphäre, Meereis und Biogeochemie zu verbinden. Die Sensoren decken dabei die Bereiche Atmosphärendynamik, Spurengase, Aerosol, Strahlung und Oberflächeneigenschaften ab. Der HELiPOD wurde auf fünf Flügen von dem Forschungseisbrecher Polarstern aus eingesetzt, am 10. Mai 2020, 30. Juni 2020, 1. Juli 2020 und zweimal am 22. Juli 2020. Die Messungen erweitern die Beobachtungen des Zentralen Observatoriums in der unmittelbaren Umgebung der Polarstern und des Verteilten Messnetzes innerhalb eines Radius von ein paar 100 m auf Entfernungen bis zu 65 km. Die Atmosphären-Messungen des HELiPOD stimmen gut überein mit weiteren Messungen vom Schiff, ei z.B. Radiosonden, und fügen zusätzliche Informationen hinzu, wie die Variabilität der Grenzschichthöhe in verschiedenen Entfernungen zur Polarstern. Am 22. Juli 2020 war die atmosphärische Grenzschicht geprägt von einer Temperatur-Inversion, mit einer Zunahme der Windgeschwindigkeit in den untersten 150 m, und sauberen Luftmassen aus Grönland. Aerosol-Messungen zeigten eine Größenverteilung, die von kleinen Partikeln mit einer mittleren Größe von 50 nm dominiert wurde, die bis zum Abend zugegen waren. Eine homogene Aerosol-Verteilung wurde ebenfalls nachmittags während der horizontalen Flugabschnitte in der Umgebung der Polarstern beobachtet. Sporadisch traten ultrafeine Partikel im Größenbereich 5-10 nm auf, insbesondere während eines Flugabschnitts zurück zur Polarstern, was auf eine starke lokale Quelle oder den Einfluss von Gebieten mit offenem Wasser schließen lässt. Aus einem Digitalen Geländemodell der Meeresoberfläche wurden Karten der Oberflächenrauigkeit entlang des Flugpfades erstellt. Eine Klassifizierung der Oberfläche basierend auf Kamera-Bildern zeigt den Rückgang des Anteils von Eis/Schnee von beinahe 100% im Mai auf etwa 60% im Juli, einhergehend mit einem Anstieg des Anteils an Schmelztümpeln und offenem Wasser.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Adapting the helicopter borne probe HELi- POD to the MOSAiC expedition – Technical challenges and system overview,Arctic Science Summit Week, Online/ Lisboa, 19.-26.April 2021
Asmussen, M.O.,Pätzold, F.,Bretschneider, L., Bärfuss, K., Bollmann, S., Schlerf, A., Nowak, S., Brandt, B., Rausch T., Harm-Altstädter, B., Schwarting, T. & Lampert, A.
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Atmosphere sea ice exchange processes observed during MOSAiC expedition obtained by the helicopter borne probe HELiPOD, Arctic Frontiers, Tromsö, 1.-4. Februar
Asmussen, M.O.,Pätzold, F., Sachs, T. & Lampert, A.
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High spatial variability of aerosol particles observed with unmanned aerial systems at the coastal Arctic site Ny-Ålesund, Arctic Science Summit Week, Online/ Lisboa, 19.-26.April
Asmussen, M.O., Harm-Altstädter, B., Schön, M., Wehner, B., Bretschneider, L., Pätzold, F., Bärfuss, K., Bange, J. & Lampert, A.
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Observational case studies of spatially distributed aerosol particles measured with the helicopter borne system HELiPOD during MOSAiC, International Aerosol Conference, hybrid (Athens and online), 4-9 September
Harm-Altstädter, B., Bollmann, S., Bärfuss, K., Schlerf, A., Pätzold, F., Bretschneider, L., Asmussen, M. O., Pilz, C., Käthner, R., Wehner, B. & Lampert, A.
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Overview of the MOSAiC expedition: Atmosphere. Elem Sci Anth, 10(1).
Shupe, Matthew D.; Rex, Markus; Blomquist, Byron; Persson, P. Ola G.; Schmale, Julia; Uttal, Taneil; Althausen, Dietrich; Angot, Hélène; Archer, Stephen; Bariteau, Ludovic; Beck, Ivo; Bilberry, John; Bucci, Silvia; Buck, Clifton; Boyer, Matt; Brasseur, Zoé; Brooks, Ian M.; Calmer, Radiance; Cassano, John ... & Yue, Fange
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Overview of the MOSAiC expedition: Snow and sea ice. Elem Sci Anth, 10(1).
Nicolaus, Marcel; Perovich, Donald K.; Spreen, Gunnar; Granskog, Mats A.; von Albedyll, Luisa; Angelopoulos, Michael; Anhaus, Philipp; Arndt, Stefanie; Belter, H. Jakob; Bessonov, Vladimir; Birnbaum, Gerit; Brauchle, Jörg; Calmer, Radiance; Cardellach, Estel; Cheng, Bin; Clemens-Sewall, David; Dadic, Ruzica; Damm, Ellen; de Boer, Gijs ... & Wendisch, Manfred
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Wind and turbulence characteristics along the flight paths of the helicopter-borne probe HELipOD during the MOSAiC Expedition, AGU Fall Meeting, December
Asmussen, M.O., Pätzold,F., Bretschneider, L., Sperzel, T., Jäkel, E., Wiekenkamp, I., Sachs, T. & Lampert, A.
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Helicopter-borne solar broadband irradiance measurements from the MOSAiC expedition. PANGAEA, 2023
Sperzel, T.R., Jäkel, E., Lampert, A., Birnbaum, G., Pätzold, F., Neckel, N., Rosenburg, S., Fuchs, N. & Wendisch, M.
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HELiPOD – revolution and evolution of a helicopter borne measurement system for multidisciplinary research in demanding environments, Elem. Sci. Anth., 11, 1.
Pätzold, F., Bretschneider, L., Nowak, S., Brandt, B., Schlerf, A., Asmussen, M.O., Bollmann, S., Bärfuss, K., Harm-Altstädter, B., Hecker, P, Wehner, B., van der Wall, B.G., Sachs, T., Huntrieser, H., Roiger, A. & Lampert, A.
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Investigating the horizontal and vertical variability of aerosol particles affected by a shallow atmospheric boundary layer observed with two airborne systems during MOSAiC, Arctic Science Summit Week (Vienna and online), 17-24 February
Harm-Altstädter, B., Pilz, C., Pätzold, F., Bretschneider, L., Bollmann, S., Schlerf, A.,Asmussen, M. O., Bärfuss, K., Käthner, R., Wehner, B. & Lampert, A.
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Observations of spatially distributed aerosol particles measured with HELiPOD and BELUGA during MOSAiC on 22 July 2020, European Aerosol Conference, Malaga, Spain, 3-8 September
Harm-Altstädter, B., Pilz, C., Bollmann, S., Pätzold, F., Bretschneider, L., Bärfuss, K., Käthner, R., Wehner, B., Jurányi, Z., Herber, A. & Lampert, A.
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Observations of the spatial distribution of aerosol particles based on the helicopter-borne system HELiPOD during MOSAiC in 2020, 2nd MOSAiC Science Conference, Boulder, 13-17 February
Harm-Altstädter, B., Asmussen, M. O., Pilz, C., Pätzold, F., Bretschneider, L., Käthner, R., Wehner, B. & Lampert, A.
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Surface albedo measurements and surface type classification from helicopter-based observations during MOSAiC. Scientific Data, 10(1).
Sperzel, Tim R.; Jäkel, Evelyn; Pätzold, Falk; Lampert, Astrid; Niehaus, Hannah; Spreen, Gunnar; Rosenburg, Sophie; Birnbaum, Gerit; Neckel, Niklas & Wendisch, Manfred
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Surface type classifications from helicopter-borne imagery during the MOSAiC expedition, PANGAEA, 2023
Sperzel, T.R., Jäkel, E., Lampert, A., Birnbaum, G., Pätzold, F., Neckel, N., Rosenburg, S., Fuchs, N. & Wendisch, M.
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HELiPOD and MOSAiC, Arctic Science Summit Week, Edinburgh, 21 to 9 March
Pätzold, Falk
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Multidisciplinary observations of two flights with the helicopter borne probe HELiPOD during MOSAiC, PANGAEA, 2024
Pätzold, F., Bärfuss, K. Bretschneider, L., Schlerf, A., Bollmann, S., Asmussen, M.O., Schwarting, T., Rausch, T., Harm-Altstädter, B., Käthner, R., Pilz, C., Wehner, B., Sperzel, T.R. Jäkel, E., Düsing, S., Herber, A., Wiekenkamp, I., Sachs, T., Wendisch, M. & Lampert, A.
