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Thema des Tages von Heute den 13.06.2024 - (neu um 11 Uhr)
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Wissenschaft kompakt

EarthCARE ? Den Wechselwirkungen in der Atmosphäre auf der Spur



Ende Mai erfolgt der Start des neuen Erdbeobachtungssatelliten EarthCARE der europäischen Weltraumagentur. Mit einer besonderen Sensorkombination sollen die Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen und der Energiebilanz in der Erdatmosphäre intensiver erforscht werden.



Es ist zwar schon ein paar Tage her, aber am 29. Mai 2024 war es so weit. Genauer gesagt um 0:20 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit hob im fernen kalifornischen Vandenberg (28. Mai, 15:20 Uhr Ortszeit) der neue Erdbeobachtungssatellit EarthCARE an Bord einer Falcon-9 Trägerrakete mit einem Bilderbuchstart ab. Nur wenig später um 1:14 Uhr hat der etwa zwei Tonnen schwere Satellit, der aufgrund seines Aussehens auch ?Weißer Drache? genannt wird, seine Bereitschaft für den Einsatz im All zum Kontrollzentrum signalisiert. Ob extreme Starkregenereignisse wie in den vergangenen Wochen in Teilen Deutschlands oder Dürre und Hitze in Südeuropa ? die Sonneneinstrahlung ist die maßgebliche Größe für die Wetterdynamik und auf längeren Zeitskalen auch das Klimageschehen auf unserer Erde. Sie treibt die Zirkulation in der Atmosphäre an. Allerdings ist die Strahlung der Sonne sehr unterschiedlich in der Erdatmosphäre verteilt und tritt zudem in Wechselwirkungen mit Wolken, Aerosolen (z.B. Schwebeteilchen wie Vulkanasche, Saharastaub oder Industrieemissionen) oder anderen Spurenelementen. Um den Strahlungshaushalt unserer Erde zeitlich und räumlich viel genauer zu erfassen und die erwähnten Wechselwirkungen der Wolken- und Aerosolprozesse in unserer Atmosphäre global besser zu kennen und zu entschlüsseln, wurde EarthCARE ins Leben gerufen. EarthCARE ist ein Akronym und steht für Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer. Die Mission ist eine Kooperation der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit der japanischen Weltraumagentur (JAXA - Japan Aerospace Exploration Agency). Für diese Aufgabe sind auf EarthCARE vier sich gegenseitig ergänzende Messinstrumente untergebracht. Mit dieser Kombination ist es möglich gleichzeitig die Wolken- und Aerosolwechselwirkungen mit der kurzwelligen als auch langwelligen Strahlung in der Atmosphäre zu messen. Zunächst wäre das Atmosphären-Lidar ATLID zu nennen. Das Atmosphären Lidar sendet dabei Lichtimpulse aus und analysiert die reflektierten Signale. Daraus wird ein hochaufgelöstes vertikales Profil der Erdatmosphäre von Aersolen und Wolken einschließlich ihrer Eigenschaften wie Dichte und Aerosoltyp erstellt. Die bisher nie erreichte Genauigkeit des Lidars wird entscheidend das Verständnis der Rolle von Aerosolen und Wolken in der Energiebilanz der Erde voranbringen. Mit dem von der JAXA bereitgestellten Wolkenprofilradar CPR (Cloud Profiling Radar) kann EarthCARE das ?Innenleben? von Wolken beobachten. Dabei können detaillierte Informationen zu deren vertikaler Struktur und Geschwindigkeit, Partikelgrößenverteilung und Wassergehalt gewonnen werden. Damit lassen sich zum Beispiel die Erkenntnisse zur Bildung und Auflösung von Wolken vertiefen. Das dritte Instrument an Bord von EarthCARE ist ein Multi-Spektral-Imager (MSI). Dieses nimmt hochauflösende Bilder in mehreren Spektralbändern des sichtbaren und infraroten Lichtspektrums auf. So können die Wissenschaftler zwischen verschiedenen Arten von Wolken, Aerosolen und der Erdoberfläche unterscheiden und zudem zusätzliche Informationen über die optischen Eigenschaften von Wolken und Aerosolen erhalten, um mehr über ihre Zusammensetzung und Verteilung zu erfahren. Während das Atmosphären-Lidar und das Wolkenradar Profile der Atmosphäre in einem eher dünnen Streifen direkt unter dem Satelliten erfassen, misst der Multi-Spektral-Imager in einem viel größeren Sichtfeld. Durch die Zusammenführung der Lidar-, Radar- und Multispektraldaten werden hochaufgelöste dreidimensionale Informationen über Wolken und Aerosole vorliegen. Zu guter Letzt ist noch ein Breitbandradiometer BBR (Broad Band Radiometer) an Bord des Satelliten. Dieses Instrument vermisst die reflektierte Strahlung der Sonne aber auch die von der Erde ausgehende Wärmestrahlung in der Atmosphäre. Diese Messungen werden kombiniert mit den aus anderen Instrumenten abgeleiteten Strahlungsinformationen. So lässt sich das Verständnis der Energiebilanz unseres Planeten in Wechselwirkung mit den Aerosolen und Wolken voraussichtlich zusätzlich vertiefen. Wie geht es nun weiter? EarthCARE durchläuft nun eine halbjährige Inbetriebnahme, bevor dann die routinemäßigen Messungen starten. Während dieser Periode müssen die Instrumente mit weiteren Messdaten aus der Luft und vom Boden verglichen und richtig eingestellt werden. Bei der Validierungskampagne kommt unter anderem auch das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long range Research Aircraft) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zum Einsatz. Der Flieger ist mit vier Instrumenten bestückt, die mit denen von EarthCARE vergleichbar sind. Nach Abschluss der Validierungskampagne geht EarthCARE in den operationellen Modus und liefert den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern neue Datensätze. Man darf gespannt sein, welche neuen Erkenntnisse über die Beziehung zwischen Wolken, Aerosolen und Strahlung gewonnen werden.

M.Sc.-Met. Sebastian Altnau

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 13.06.2024

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Thema des Tages - Gestern
Thema des Tages von Gestern den 12.06.2024
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Wetter aktuell

Wenn die Schafe frieren?



Wettersingularitäten sind im Laufe des Jahres regelmäßige und mit großer Wahrscheinlichkeit wiederkehrende Wetterlagen. Eine solche ist die sogenannte Schafskälte, die derzeit Deutschland im Griff hat.

Seit einigen Tagen rückt polare Kaltluft immer näher an Deutschland heran und hält nun vollends Einzug in weite Landesteile. Dabei erstrecken sich die Hochs "Xenophilius" und "Yogi" vom Nordatlantik bis nach Mitteleuropa und ins Europäische Nordmeer. Die Tiefdruckgebiete "Swantje" und "Uljana" über Nordeuropa sorgen hingegen für eine nördliche Strömung, die die kalte Luft aus polaren Regionen über das Europäische Nordmeer und die Nordsee bis nach Deutschland führt.

Auf ihrem Weg über das Wasser wird die Luft zwar etwas erwärmt, dennoch ist die Temperatur für die Jahreszeit etwas zu kalt. Derzeit liegt die durchschnittliche Tagesmitteltemperatur im Flächenmittel in Deutschland etwa bei 16 Grad Celsius, wenn man von der klimatologischen Referenzperiode von 1991 bis 2020 ausgeht. Am gestrigen Dienstag, den 11. Juni betrug die deutschlandweite Mitteltemperatur hingegen unter 12 Grad Celsius. Am heutigen Mittwoch (12. Juni) kann die Tagesmitteltemperatur sogar noch etwas niedriger ausfallen.

Die Abkühlung wird jedoch nicht nur durch den fehlenden Wärmeinhalt der zugeführten Luftmasse hervorgerufen. Besonders bei wie derzeit vorherrschendem ruhigem Wetter mit schwachen Luftdruckgegensätzen ergibt sich ein Teil aus der nächtlichen Ausstrahlung. So konnte beispielsweise in der vergangenen Nacht zum Mittwoch punktuell in sogenannten "Kältelöchern" sogar leichter Frost in Bodennähe beobachtet werden.

Ein waschechter Bauer, aber auch der regelmäßige Thema-des-Tages-Leser vermutet nun wahrscheinlich schon, dass es sich bei der derzeitigen kühlen Witterung um die Schafskälte handeln muss, eine meteorologische Singularität oder auch Witterungsregelfall genannt. Darunter werden Wetterlagen zusammengefasst, die zu bestimmten Zeiten im Jahr mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten. Sie weisen eine deutliche Abweichung von einem glatten Verlauf von Temperatur und/oder Niederschlag auf, was sich auch im vieljährigen Mittel widerspiegelt. Eine dieser Witterungsregelfälle ist die Schafskälte.

Merkmal der Schafskälte ist, wie schon der Name suggeriert, ein kühler Witterungsabschnitt, der häufig Mitte Juni eintritt. Je nach genauer Definition dieser Singularität kann die Wahrscheinlichkeit des Eintreffens des Ereignisses recht unterschiedlich sein. Definiert man für die Schafskälte den Zeitraum 10. bis 12. Juni, so liegt die Wahrscheinlichkeit für eine unterdurchschnittliche Lufttemperatur bei etwa 80 Prozent, für eine überdurchschnittliche Niederschlagsaktivität bei rund 55 Prozent. Aufgrund des Klimawandels nimmt allerdings die Eintrittswahrscheinlichkeit für diese Kaltluftperiode immer weiter ab.

Was haben aber nun Schafe mit der kühlen Witterung zu tun? Da die Hirten traditionell zum Ende des Frühjahrs ihre Schafe scheren, kann es den frisch "rasierten" Schafen - je nach Intensität der Schafskälte - nun ziemlich kalt werden. Bei besonders kalten Temperaturen ist die Situation für die Tiere sogar durchaus gefährlich, weshalb Muttertiere und Lämmer erst nach dem Kälteeinbruch geschoren werden. Dies bescherte diesem Witterungsregelfall seinen Namen. Lange hält die aktuelle Schafskälte jedoch nicht an. Zum Freitag fließt bereits wieder wärmere Luft aus südwestlicher Richtung ein. Zwar wird es im Laufe des bevorstehenden Wochenendes wieder wechselhafter mit zeitweiligen Niederschlägen, dennoch liegen die Höchstwerte bis Sonntag meist wieder zwischen 20 und 25 Grad. Nächtlicher Bodenfrost ist dann ebenfalls kein Thema mehr. Zu Beginn der neuen Woche werden insbesondere in der Südosthälfte auch wieder Sommertage mit Höchstwerten von deutlich über 25 Grad erwartet.

MSc.-Met. Sebastian Schappert

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 12.06.2024

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