BIO-ICE: Die Verbindung zwischen biologischen Aerosolpartikeln und Eisnukleation

• Antragsteller: Dr. Markus Hartmann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568271317

Eiskeimbildende Partikel (engl.: ice nuceleating particles; INPs), insbesondere INPs biologischen Ursprungs (Bio-INPs), spielen eine entscheidende Rolle in der Wolkenmikrophysik, da sie die Eisbildung, den Niederschlag und die Lebensdauer von Wolken beeinflussen. Obwohl bekannt ist, dass die Eisbildung bei Temperaturen über -15°C von Bio-INPs dominiert wird, ist es oft schwer, eine klare Verbindung zwischen den Messungen von Bio-INPs und primären biologischen Aerosolpartikeln (PBAP; z. B. Pollen und Sporen) in Feldmessungen herzustellen. Darüber hinaus gibt es nur wenige systematische Studien über die vertikale Verteilung von INPs im Allgemeinen und von Bio-INPs im Besonderen. Infolgedessen wird die Rolle von Bio-INPs in aktuellen Atmosphärenmodellen möglicherweise unterschätzt, was zu Ungenauigkeiten bei Niederschlags- und Klimavorhersagen führt. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Wissenslücken zu schließen, indem INP-Messungen auf verschiedenen Skalen mit der in-situ Detektion und Identifizierung von Bioaerosolen kombiniert werden. Um saisonale Unterschiede zu untersuchen werden INP-Messungen für mindestens 15 Monate mit 24-Stunden-Proben durchgeführt. Diese werden ergänzt durch kurze intensive Perioden mit vertikalen ballongestützten Probenahmen und Probenahmen mit hoher zeitlicher Auflösung (5-Minuten-Proben pro Stunde). Alle INP-Proben werden auf ihren Anteil an Bio-INP analysiert. Die INP- und Bio-INP-Messungen auf saisonaler Ebene zielen darauf ab, Korrelationen mit PBAPs im Allgemeinen oder mit spezifischen Pollen und Sporen zu untersuchen. Die vertikalen und zeitlich hoch aufgelösten Messungen ermöglichen es (Bio)-INP mit der meteorologischen Situation in Beziehung zu setzen. Für die Erkennung und Identifizierung von Bioaerosolen wird der Poleno Jupiter (Swisens, Schweiz) eingesetzt, ein neues Bioaerosol-Messgerät, das ultraviolette laserinduzierte Fluoreszenz (LIF), Polarisation und digitale Holographie auf Einzelpartikelbasis kombiniert. Der Poleno Jupiter wird gründlich charakterisiert, und die KI-gesteuerte Bioaerosol-Identifizierung wird um Partikeltypen erweitert werden, die für den Messstandort relevant sind, d. h. in erster Linie Pollen von lokalen anemophilen Pflanzen. Die Bioaerosol-Identifizierung wird anhand etablierter Methoden wie der manuellen Pollen- und Sporenzählung von Proben, die mit einer Pollenfalle vom Typ Hirst gesammelt wurden, und der multispektralen bildgebenden Durchflusszytometrie überprüft. Durch den Einsatz modernster Erkennungstechniken sowie hochauflösender und langfristiger Probenahmestrategien wird dieses Projekt unser Verständnis von Bio-INP und ihrer möglichen Auswirkungen auf die Wolkenbildung verbessern. Die Ergebnisse werden zu einer verbesserten Parametrisierung der Wolkenmikrophysik in atmosphärischen Modellen beitragen, was zu genaueren Vorhersagen von Niederschlagsmustern und der Klimaentwicklung in einer sich erwärmenden Welt führen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Kooperationspartnerin: Dr. Fiona Tummon
• Mitverantwortliche: Dr. Julia Burkart; Dr. Susanne Dunker