Sommerpost: Luftige Grüße aus den USA

Die Aerosolphysikerin der Uni Wien Bernadett Weinzierl ist zurzeit über den USA unterwegs, wo sie im NASA-Flugzeug den Einfluss von Waldbränden auf die Luftqualität und das Klima untersucht. In einer Postkarte an das Online Magazin der Universität Wien berichtet sie über ihre Reise.

Bereits im Sommer 2018 starteten Bernadett Weinzierl und ihr Team mit den Vorbereitungen für das Projekt CARE-Payload: Das Cloud, Aerosol, and Refractive Index Experiment. Nachdem wir bereits im Mai 2019 in Palmdale (Kalifornien) die CARE-Instrumente eingebaut hatten, fanden im Juli 2019 in Boise (Idaho) die ersten wissenschaftlichen Messflüge statt. Noch bis November 2019 fliegen wir über Salina (Kansas) und Palmdale (Kalifornien) weiter und untersuchen dort die Luft.


Aerosolphysikerin Bernadett Weinzierl schickt luftige Grüße von ihrem Forschungsflug über den USA an die Uni Wien.

Warum wir fliegen

Die Messflüge sind Teil der NOAA-NASA-Forschungsmission FIREX-AQ und haben das Ziel, den Einfluss von Waldbränden auf die Luftqualität und das Klima zu untersuchen. Dafür fliegen wir in der Nähe von Waldbränden und landwirtschaftlichen Feuern.

Dabei interessiert uns vor allem die Frage, wie viele große Partikel (größer als ein Mikrometer) in den Abgasen der Feuer vorhanden sind, wie weit die Partikel transportiert werden und wie diese die Luftqualität, die Eigenschaften von Wolken sowie die Strahlungsbilanz der Atmosphäre beeinflussen. Mithilfe unserer Messungen bestimmen wir außerdem den Brechungsindex von einzelnen Partikeln: Das ist ein wichtiger Parameter, um den Einfluss der Partikel auf den Strahlungshaushalt der Erde zu berechnen.

Unser Reisegepäck ...

... ist auf jeden Fall sehr schwer und besteht aus rund einer halben Tonne Equipment, darunter unzählige Instrumente, Ersatzteile, die Kalibrierausrüstung und vieles mehr...

Die NOAA-NASA Forschungsmission FIREX-AQ (Fire Influence on Regional to Global Environments Experiment - Air Quality) ist eine große amerikanische Forschungsinitiative mit dem Ziel, den Einfluss von Waldbränden auf die Luftqualität und das Klima zu untersuchen. Beteiligt sind mehr als 500 WissenschafterInnen an verschiedenen Bodenstationen, mobilen Plattformen und auf drei Forschungsflugzeugen. Die Forschungsgruppe Aerosol- und Umweltphysik rund um Bernadett Weinzierl an der Universität Wien ist an FIREX-AQ mit der CARE-Payload (Cloud, Aerosol, and Refractive Index Experiment) auf dem NASA-Forschungsflugzeug DC-8 beteiligt. Sie besteht aus drei Instrumenten: dem Cloud, Aerosol, and Precipitation Spectrometer (CAPS), sowie den beiden neuen Instrumenten Precipitation Imaging Probe (PIP) und dem Optical Particle AnaLyzer (OPAL).

Ein typischer Flugtag

Zu Beginn steht das Wetterbriefing. Etwa drei Stunden vor Abflug schalten wir die Instrumente für letzte Checks an und nehmen – falls notwendig – Wartungen und letzte Einstellungen an den Instrumenten vor. Eineinhalb Stunden später gibt es ein Flugbriefing mit einem kurzen Wetterüberblick, der Besprechung des Flugwegs, der "Mission Objectives", dem Instrumenten- und Flugzeugstatus sowie einer Sicherheitsunterweisung. Eine Stunde vor Abflug heißt es dann: Hochfahren der Instrumente anhand einer Checkliste. Spätestens 30 Minuten vor Start verlassen schließlich alle Nicht-Mitflieger das Flugzeug, während 43 InstrumentenoperatorInnen sowie die Flugzeugcrew bleiben. Nach dem Messflug, der etwa sieben bis acht Stunden dauert, sichern wir die Daten von den Messrechnern, laden sie auf den Server hoch und machen ein After-Flight Briefing.

Es gibt aber nicht nur Flugtage, sondern auch Wartungstage! Aktuell haben wir vier Messflüge und zwei Wartungstage pro Woche.


Messungen in den Rauchwolken des Tucker Feuers am 30. Juli 2019 in Orgon (USA). Kurz vor dem Einflug in die Rauchwolken. (© Bernadett Weinzierl)


Messflug am 27. Juli 2019 im Shady Feuer in Idaho: Die Emissionen des Feuers wurden in der Nähe des Ursprungs bis zum Ende der Rauchfahne umfassend charakterisiert. (© Bernadett Weinzierl)

Wie uns eine Messkampagne herausfordert

Im Vorfeld der Messkampagne müssen wir die neu entwickelten Instrumente und die fernsteuerbare Stromversorgung für das Messequipment rechtzeitig vor dem Verschicken in die USA fertigstellen, testen und umfassend charakterisieren.

Während der Messkampagne sind vor allem der immense Zeitdruck und die langen Arbeitstage – die Messflüge dauern meist weit in den Abend hinein – herausfordernd. Gehen Instrumente kaputt, so müssen wir die Arbeitsschritte aufgrund des beschränkten Flugzeugzugangs genau planen und die Arbeiten im Team gut verteilen. Denn an einem Wartungstag haben wir nur acht Stunden Zeit, um für den kommenden Messflug wieder alles hinzubekommen. Klappt das nicht, so gibt es beim nächsten Flug möglicherweise keine Daten.


Rauchschwaden des Sheridan Feuers (Arizona) im Sonnenuntergang beim Messflug am 16. August 2019. An der Flügelspitze der DC-8 befinden sich die beiden Instrumente CAPS und PIP der Universität Wien. (© Bernadett Weinzierl)

Besondere Momente der Reise

Viele entdeckte Partikel waren größer als ein Millimeter! Das hätte niemand in diesen Feuern erwartet. Außerdem haben wir – unseres Wissens nach – die allererste Messung mit einem Forschungsflugzeug im Nahfeld eines sogenannten Pyrocumulonimbus (kurz pyroCb), der drei Tage im Voraus von den Meteorologen vorhergesagt wurde, durchgeführt (mehr dazu im Beitrag "Flying through a Fire Cloud" auf der Website NASA Earth Observatory). Ein PyroCb ist ein mit Rauch durchzogenes Gewitter, das große Mengen von Aerosolpartikeln in kurzer Zeit vom Boden in große Höhen (über zehn Kilometer) transportieren kann.

Nun geht es weiter nach Salina, Kansas – wir hoffen auf gutes Wetter und spannende Ergebnisse!

Bernadett Weinzierl ist Professorin für Aerosol- und Clusterphysik an der Fakultät für Physik der Universität Wien. Ihre Schwerpunkte sind u.a. Aerosolphysik, Aerosol-Klima-Wechselwirkungen sowie in-situ-Messungen in der Luft. Seit 2006 hat sie einen Pilotenschein, (kleinere) Flugzeuge kann sie auch selbst fliegen.