NAWDIC-HALO
Die genaue Vorhersage des Ortes, des Zeitpunkts und der Intensität von mesoskaligen Extremwetterereignissen bleibt eine Herausforderung für moderne numerische Wettervorhersagemodelle. Dies liegt zu einem großen Teil an den vielschichtigen Wechselwirkungen der physikalischen Prozesse, die an der Entstehung von Extremwetter beteiligt sind. Diese reichen von Rossby-Wellen in der oberen Troposphäre, die sich über mehrere Tausend Kilometer erstrecken und mehrere Tage andauern, bis hin zum Impulstransport in der planetaren Grenzschicht und der Wolkenmikrophysik, die auf Skalen von Hunderten von Metern bis Mikrometern und Minuten bis Sekunden wirken. Ein Schlüsselmerkmal, das die Rossby-Wellen der oberen Troposphäre in abgelegenen Regionen mit Extremwetterereignissen in Europa verbindet, ist der Dry-Intrusion-Luftstrom (Carlson 1980, Browning 1997). Während der Wintermonate entstehen Dry Intrusions am häufigsten an der stromabwärts gerichteten Flanke der obertroposphärischen Rücken über dem östlichen Nordamerika. Von dieser Region aus sinken Dry Intrusions im Kaltluftsektor einer stromabwärts gelegenen Zyklone über eine horizontale Entfernung von 1000 bis 5000 km äquatorwärts ab und erreichen die Grenzschicht etwa zwei Tage später. Der Dry-Intrusion-Ausfluss wird von intensiven Wärme- und Feuchteflüssen an der Meeresoberfläche, erhöhten Grenzschichthöhen und einer Destabilisierung der unteren Troposphäre begleitet, was zu ungewöhnlich starken Windböen und extremen Niederschlägen am Boden führt (Raveh-Rubin 2017). Die Dry Intrusion stellt somit ein multiskaliges Wettersystem dar, das häufig zusammen mit Extremwetter auftritt.
Die meisten der beteiligten multiskaligen Prozesse, die für das HIW in Europa relevant sind, finden stromaufwärts über dem Atlantik statt und werden von operationellen Beobachtungssystemen nur unzureichend erfasst. Daher sind moderne Messsysteme auf Langstrecken-Forschungsflugzeugen die einzige Möglichkeit, in diesen entlegenen Regionen zuverlässige Beobachtungen mit der erforderlichen hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung zu erhalten. Daher wurde das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebene Forschungsflugzeug HALO (Abb. 1) als Schlüsselkomponente von NAWDIC ausgewählt. Mit seiner großen Reichweite und hochentwickelten Instrumentierung ermöglicht HALO mehrere aufeinanderfolgende Flüge über mehrere Tage, um die Prozesse in zwei unterschiedlichen Phasen des Dry-Intrusion-Lebenszyklus zu erfassen.
Die Hauptmessperiode von HALO für NAWDIC ist für sechs Wochen vom 12. Januar bis zum 26. Februar 2026 geplant, mit Einsatzbasis am Flughafen Shannon (Irland). Eine neuartige Payload, die Fernerkundungsbeobachtungen mit In-situ-Spurengasmessungen kombiniert, wird ein umfassendes Bild der thermodynamischen Felder von der unteren Stratosphäre bis zur planetaren Grenzschicht sowie der Transport- und Mischungsprozesse in der Dry Intrusion liefern:
- WALES (DLR): Differentielles Absorptionslidar mit vier Wellenlängen
- HEDWIG (DLR): neuentwickeltes flugzeuggetragenes Doppler-Wind-Lidar
- KITsonde (KIT): Modulares Multi-Sensoren Dropsonden-System
- specMACS (LMU München): Bildgebendes Wolkenspektrometer für den solaren Spektralbereich
- UMAQS (JGU Mainz): Quantenkaskadenlaser-Spektrometer für Spurengasmessungen
- FISH (FZ Jülich): schnelles in-situ Stratosphären-Hygrometer
- FAIRO (KIT): Ozondetektor
- BAHAMAS (DLR): Grundlegendes HALO Mess- und Sensorsystem
Die NAWDIC-Messungen werden eine gezielte Bewertung der Qualität der operationellen Beobachtungs- und Analysesysteme in den für Extremwetter entscheidenden Regionen ermöglichen. Darüber hinaus wird NAWDIC detaillierte Kenntnisse über die in diesen Regionen ablaufenden physikalischen Prozesse und insbesondere über die Mechanismen liefern, die für Vorhersagefehler von Extremwetterereignissen verantwortlich sind, was letztlich zu einer besseren Darstellung der Unsicherheit in Vorhersagesystemen und besseren (probabilistischen) Vorhersagen führt.
Kontakt: Julian Quinting (KIT), Andreas Schäfler (DLR)
Die Messungen des Dry-Intrusion-Lebenszyklus werden direkt mit dem ERC-StG-Projekt Extratropical-Tropical interaction: A unified view on the extratropical impact on the subtropics and tropics at weather timescales verknüpft, wobei Dry Intrusions das zentrale Strömungsmerkmal sind, das die großräumige Dynamik in den mittleren Breiten mit bodennahen Extremwetterereignissen in niedrigeren Breiten verbindet.
Kontakt: Shira Raveh-Rubin (WIS)
