Ceilometer in Europa erfassen Rauch von Waldbränden aus den USA

Waldbrände nahe einer Stadt in Kalifornien

Das Jahr 2020 geht in die Geschichte ein. Nicht nur wegen COVID-19, sondern auch wegen der verheerenden Waldbrände weltweit. Ihre Auswirkungen werden noch lange zu spüren sein. Ceilometerdaten aus verschiedenen Ländern zeigen, dass schädliche Rußpartikel über Tausende Kilometer hinweg schweben.

Brennende Wälder und Buschland haben in Australien, Sibirien und zuletzt in Brasilien und an der Westküste der USA Schneisen der Verwüstung hinterlassen. Eindrucksvolle Satellitenbilder lassen die Ausmaße der Feuer und des Rauches über Kalifornien, Oregon und Washington erkennen. Allerdings sorgen sich die Wissenschaftler nicht nur um die Zerstörung der Flächen. Die Flammen setzen große Mengen Kohlenstoff und anderer Partikel frei. Die meisten davon sind so klein, dass sie mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Durch ihr geringes Gewicht schweben sie über große Entfernungen hinweg.   

Lidar-Signale bestätigen auf Satellitenfotos basierende Simulationen

Mitte September erreichten die Rauchwolken Europa. Der Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) dessen Aussagen sich auf Satellitenbilder und -simulationen stützen, hatte dies bereits vorhergesagt. Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern haben die Vorhersagen des CAMS nun bestätigt, auch sie entdeckten den Rauch, der von der Westküste kommt. Viele von ihnen verwenden Lidar-Sensoren wie das Lufft CHM 15k & CHM 8k, auch Aaron Kennedy von der University of North Dakota. Er entdeckte Rauchpartikel, die sich über Nordamerika Richtung Osten bewegten, bevor sie den Atlantik erreichten.

Kennedy arbeitet in der Abteilung für Atmosphärenwissenschaften der Universität. Ein CHM 15k gehört zu seiner vielseitigen Ausrüstung. „In diesem Sommer konnten wir die Rauchwolken zum ersten Mal mit Hilfe von Ceilometern beobachten. Während der Brandereignisse haben wir die Daten dem örtlichen Büro des Nationalen Wetterdienstes übermittelt. So konnte man dort besser einschätzen, wie dicht der Rauch ist und in welcher Höhe sich die Partikel bewegen“, sagt Kennedy.

Unkontrollierte Brände wirken sich auf Wetter und Luftqualität aus

Normalerweise ist es die Hauptaufgabe von Ceilometern, die Höhe der Wolkenbasis zu messen. Besonders relevant ist dies für Meteorologen und Flughäfen. Darüber hinaus sind Ceilometer in der Lage, in der Luft strömende winzige Partikel, so genannte Aerosole, zu erfassen. Daher sind sie wichtige Instrumente für Studien über Luftverschmutzung und Luftqualität.

Brände sind ein normales Phänomen und treten jedes Jahr auf. In diesem Jahr allerdings wüten viele Feuer länger und erstrecken sich über größere Gebiete als gewöhnlich. Schwere Brände haben Auswirkungen auf die Umwelt und die Atmosphäre, wie Kennedy erklärt: „Zum einen streut der Rauch von Wildbränden die Energie der Sonne und wirkt sich tagsüber kühlend aus. In den meisten Wettermodellen ist Rauch nicht vorgesehen. Wird er von den Meteorologen nicht berücksichtigt, können sie daher zu falschen Aussagen führen. Obwohl die Rauchfahnen von Wildfeuern sich in der Regel in größeren Höhen bewegen, können sie sich manchmal mit den tieferen Luftschichten am Boden vermischen. In diesem Fall schadet das der Luftqualität. Zum anderen verändern sie die visuellen Eigenschaften der Atmosphäre, was dazu führt, dass Sonnenuntergänge intensiver, der Himmel nicht mehr als blau erscheinen.”

Lidar-Sensoren ­– sehr vielseitige Messgeräte

Inzwischen hat die Rauchwolke den Atlantik überquert. Kennedys Kollegen an der Ostküste und in Europa überwachen den Rauch mit Lidaren. Am 11. September berichtete Hugo Ricketts vom Centre for Atmospheric Science an der University of Manchester, er habe „letzte Nacht in ausgewählten Lücken zwischen den Wolken rauchig aussehende Aerosole“ beobachtet. Kroatische und deutsche Meteorologen schickten einige Tage später Aufnahmen ihrer Ceilometer-Messungen mit dem
 CHM 15k.

Bei Ereignissen wie diesen großen Bränden stellen Ceilometer ihre Vielseitigkeit unter Beweis. Aaron Kennedy kombiniert sie sogar mit anderen Messinstrumenten, um einen detaillierteren Einblick in die verschiedenen Phänomene zu erhalten. Kennedy verwendet zum Beispiel einen OTT Parsivel², ein Disdrometer, welches die Geschwindigkeit und Größe von Partikeln, hauptsächlich Niederschlag, erfasst. „Lidar sind für viele Bereiche nützlich“, sagt er, „z.B. hat der Rauch von Wildbränden Auswirkungen auf Faktoren wie Sichtverhältnisse und Luftqualität. Traditionell wurden Ceilometer allerdings nur dazu verwendet, Wolkenhöhen für die Luftfahrt zu ermitteln. Für das Winterwetter liefern sie Informationen darüber, in welcher Höhe sich die Flugschneeschicht bewegt. In einigen Fällen können wir diese Beobachtungen mit Radarmessungen kombinieren und daraus sogar Eigenschaften wie die Partikelgröße abschätzen.”

Kennedys Arbeit an der Universität von North Dakota ist beispielhaft für einen weltweiten Trend in der Meteorologie, Klimatologie und Atmosphärenforschung. Diese Bereiche sind eng miteinander verbunden, und Wissenschaftler untersuchen verstärkt, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. Die Auswirkungen der diesjährigen Waldbrände zeigen, dass Lidare wie die Lufft-Ceilometer dabei helfen, komplexe Phänomene zu überwachen und zu verstehen.

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