Quelle: ESA/Applications/ObservingTheEarth/MeteorologicalMissions/ArcticWeatherSatellite, 22. Januar 2026

Der im August 2024 gestartete Arktis-Wettersatellit wurde in nur drei Jahren und mit einem sehr begrenzten Budget konzipiert und eingesetzt – ein Beispiel dafür, wie mit einem New-Space-Ansatz kleine Satelliten für die Erdbeobachtung realisiert werden können. Entscheidend war, dass die Mission in erster Linie darauf ausgelegt war, zu zeigen, wie eine Konstellation ähnlicher polarumlaufender Satelliten häufige Beobachtungen liefern kann, um sehr kurzfristige Wettervorhersagen und Nowcasts in der Arktis und auf der ganzen Welt zu unterstützen. Dieser Bedarf wird immer dringlicher.

Da der Klimawandel die Wettervariabilität in der Arktis weiter verstärkt, wächst der Bedarf an mehr und häufigeren Daten, insbesondere an Messungen der atmosphärischen Wasserdampfkonzentration. Die Wasserdampfkonzentrationen können sich in dieser Region schnell ändern und haben einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit der Vorhersagen. Die erforderliche Abdeckung kann nicht von einem einzelnen Satelliten allein erreicht werden, sondern nur durch eine spezielle Konstellation.
Ausgestattet mit einem Cross-Track-Scanning-Mikrowellenradiometer liefert der Arctic Weather Satellite detaillierte Messungen der Luftfeuchtigkeit und Temperatur.

Obwohl es sich um eine Prototyp-Mission handelt, hat das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF) die Daten als so gut eingestuft, dass sie in Wettervorhersagen einfließen. Die Daten werden zusammen mit zahlreichen anderen Beobachtungen mit einer Kurzfristvorhersage kombiniert, die sich an früheren Messungen orientiert, um ein möglichst genaues Bild des aktuellen Zustands der Erde zu erstellen. Diese Analyse dient dann als Ausgangspunkt für die Erstellung von Wettervorhersagen. Die Informationen des Mikrowellenradiometers des Arktis-Wettersatelliten ergänzen die Daten ähnlicher Sensoren auf viel größeren Satelliten, die von Organisationen wie der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (Eumetsat), der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und der chinesischen Wetterbehörde (CMA) bereitgestellt werden. Allein diese Tatsache ist ein starkes Indiz für die Exzellenz der Mission und hat dazu beigetragen, den Weg für eine Konstellation ähnlicher Satelliten zu ebnen. So hat Eumetsat bestätigt, dass das Eumetsat Polar System – Sterna (EPS-Sterna) vorangetrieben wird, mit dem Ziel, die ersten Satelliten der Konstellation im Jahr 2029 zu starten.

Ville Kangas, Projektleiter für den arktischen Wettersatelliten der ESA, sagte: „Wir sind sehr stolz auf die Mission des arktischen Wettersatelliten und ich danke allen, die daran mitgewirkt haben. Wir haben diesen innovativen Satelliten unter sehr engen Zeit- und Budgetvorgaben entwickelt und damit bewiesen, dass dieser Ansatz für eine Konstellation solcher Satelliten übernommen werden kann. „Und im Orbit hat der Satellit nicht nur gut funktioniert, sondern die Erwartungen sogar übertroffen, indem er tatsächlich für Wettervorhersagen eingesetzt wurde, was nicht zu seinen Anforderungen gehörte – nur um zu zeigen, dass er dazu in der Lage ist.

„Die Nachricht, dass Eumetsat nun mit EPS-Sterna fortfahren wird, ist in der Tat eine großartige Nachricht, und wir freuen uns darauf, die Konstellation in Zusammenarbeit mit Eumetsat zu entwickeln und aufzubauen.“ Die Konstellation wird aus sechs Satelliten bestehen – und die Satelliten werden während der Laufzeit der Mission zweimal gewartet, um die kontinuierliche Lieferung von Daten bis mindestens 2042 sicherzustellen. Darüber hinaus wird es zwei Satelliten als Ersatz geben, sodass insgesamt zwanzig Satelliten gebaut werden.

Die ESA wird die Beschaffung der Sterna-Satelliten verwalten – ein Kooperationsmodell, das den anderen europäischen Wettermissionen ähnelt, nämlich den geostationären Meteosat- und den polarumlaufenden MetOp-Missionen. Die formelle Vereinbarung zwischen der ESA und Eumetsat soll in Kürze unterzeichnet werden. EPS-Sterna wird globale Beobachtungen liefern, wobei die meisten Daten innerhalb von etwa einer Stunde verfügbar sind und die Wiederholungszeiten für denselben Ort auf der Erde weniger als drei Stunden betragen. Dies ist ein großer Fortschritt gegenüber den derzeitigen polarumlaufenden Satellitensystemen, die denselben Bereich in der Regel nur zweimal täglich beobachten. Die erhöhte Beobachtungsfrequenz wird die Überwachung sich schnell entwickelnder Wetterlagen erheblich verbessern und die Vorhersagen für extreme Wetterereignisse in gefährdeten Regionen wie dem Mittelmeerraum verbessern. Gleichzeitig werden kritische Datenlücken über der Arktis geschlossen – der Region, die sich am schnellsten erwärmt und eine wichtige Quelle für Wettersysteme ist, die Europa beeinflussen und dort oft an Intensität zunehmen.

Fun Fact: Sterna ist die lateinische Bezeichnung für die Küstenseeschwalbe, einen Vogel, der für seine ausgedehnten Wanderungen bekannt ist, was die polaren Umlaufbahnen der Satelliten widerspiegelt.

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• Arktischer Wettersatellit
• AWS – Arctic Weather Satellite

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Quelle: Fraunhofer IAF 16. September 2024.

16. September 2024 – Das hochmoderne Mikrowellenradiometer an Bord des Satelliten enthält vier rauscharme Verstärker des Fraunhofer IAF mit weltweit führender InGaAs-mHEMT-Technologie. Auf der EuMW 2024 in Paris präsentiert das Freiburger Institut vom 24. bis zum 26. September Ausstellungsexemplare der im AWS verbauten Verstärker ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik.

Der Arctic Weather Satellite (AWS) der Europäischen Raumfahrtorganisation (European Space Agency, ESA) wurde am 16. August 2024 auf die Reise zu seiner polaren Umlaufbahn in 600 km Höhe über der Erde geschickt. Mit an Bord: Vier rauscharme Verstärker (low-noise amplifiers, LNAs) des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF aus Freiburg. Sie bilden wesentliche Bestandteile des passiven Mikrowellenradiometers, mit dem der AWS Temperatur und Feuchtigkeit in der Arktis so präzise wie nie zuvor misst. Dies soll dazu beitragen, sowohl die Arktis als auch den Klimawandel, der in ihr besonders sichtbar wird, besser zu verstehen. Ist die Mission erfolgreich, plant die ESA eine weltumspannende Konstellation aus baugleichen Kleinsatelliten in das Weltall zu bringen, um im globalen Maßstab präzisere und kurzfristigere Wettervorhersagen (›Nowcasting‹) sowie Klimabeobachtungen zu ermöglichen.

Die Aufgabe von LNAs in technischen Systemen besteht darin, die Qualität eingehender Signale zu verbessern. Wie ihr Name schon sagt, verstärken sie schwache Signale und verursachen dabei möglichst geringe störende Hintergrundgeräusche (Rauschen), damit Signale leichter erkannt und analysiert werden können. Auf diese Weise erhöhen LNAs die Empfindlichkeit von Systemen.

»Je leistungsfähiger ein rauscharmer Verstärker ist, desto genauer und zuverlässiger kann ein System Daten erheben. Bei der satellitenbasierten Erdbeobachtung spielen sie eine große Rolle, da die Mikrowellenstrahlung, die das Satellitenradiometer erreicht, sehr schwach ist«, erläutert Dr. Fabian Thome, Stellvertretender Geschäftsfeldleiter Hochfrequenzelektronik am Fraunhofer IAF. »Es ist eine großartige Bestätigung und Motivation, dass wir mit unseren LNAs zur besseren Erforschung der Arktis und ihrer Auswirkungen auf das Weltklima beitragen können.«

Fraunhofer IAF trägt LNAs für Frequenzbereiche um 54, 89 und 170 GHz zum AWS-Radiometer bei
Das Mikrowellenradiometer des AWS besteht aus einer Drehantenne, die die von der Erdoberfläche ausgehende natürliche Mikrowellenstrahlung aufnimmt und an vier Hornantennen sowie vier Empfänger weiterleitet. Antenne und Empfänger gehören jeweils zu einer von vier Gruppen aus insgesamt 19 Kanälen, die zusammen ein Frequenzspektrum von 50 bis 325 GHz abdecken: Acht Kanäle mit Frequenzen von 50 bis 58 GHz messen die Temperatur, ein Kanal mit 89 GHz erkennt Wolken, ein weiterer bei 165,5 GHz sowohl Wolken als auch Feuchtigkeit, fünf Kanäle zwischen 176 und 182 GHz sind nur für die Feuchtigkeit zuständig, während zuletzt vier Kanäle bei 325 GHz plus/minus 1,2 bis 6,6 GHz Feuchtigkeit messen sowie ebenfalls Wolken erfassen. Mit dieser technischen Ausstattung ist es dem Radiometer möglich, hochauflösende vertikale Feuchtigkeits- und Temperaturprofile unter allen Wetterbedingungen zu erstellen.

Das Fraunhofer IAF hat insgesamt vier LNAs für drei der vier Kanalgruppen bereitgestellt: ein Modul für den Frequenzbereich um 54 GHz, zwei identische Module für 89 GHz, die für eine größere Gesamtverstärkung in Reihe geschaltet wurden, und ein Modul für den 170-GHz-Bereich. Die Forschenden haben bewährte Technologien auf Basis des Verbindungshalbleiters Indiumgalliumarsenid (InGaAs) weiterentwickelt und auf ihrer Grundlage metamorphe Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (metamorphic high-electron-mobility transistors, mHEMTs) für monolithisch integrierte Mikrowellenschaltungen (monolithic microwave integrated circuits, MMICs) realisiert.

Weltweit führende InGaAs-mHEMT-Technologie für LNA-MMICs
»Bei der Entwicklung von Transistoren und Schaltungen für satellitengestützte Radiometrie-Systeme ist das Fraunhofer IAF weltweit führend. Unsere Module definieren in vielen Leistungsbereichen den aktuellen Stand der Technik«, betont Thome. Dies zeigt sich auch am Beispiel der Module für das AWS-Radiometer: In Tests hat der LNA für den Frequenzbereich um 54 GHz bei einer Verstärkung von 31 bis 28 dB eine Rauschzahl von 1,0 bis 1,2 dB erreicht und verbessert damit deutlich den Stand der Technik. Die anderen AWS-LNAs bewegen sich mit Rauschzahlen von 1,9–2,3 dB bei 23–25 dB Verstärkung (89 GHz) und 3,3–4,1 dB bei 25–30 dB Verstärkung genau im Bereich des aktuellen Stands der Technik (John et al. 2023).

Bei der Entwicklung der Module arbeiteten die Forschenden eng mit dem direkten Auftraggeber ACC Omnisys (AAC Clyde Space) aus Schweden zusammen, der das Radiometersystem für OHB Sweden und die ESA gebaut hat. Bei der Entwicklung und Fertigung der Module konnte das Fraunhofer IAF seine Forschungsinfrastruktur und das Know-how seiner Mitarbeitenden entlang der gesamten Wertschöpfungskette zum Einsatz bringen: Teams aus den Bereichen Mikroelektronik, Epitaxie, Technologie und Feinmechanik haben eng zusammengearbeitet und vom Schaltungsentwurf über Materialwachstum, -bearbeitung und -messung sowie Prozessierung, Vereinzelung, Aufbautechnik bis hin zum Modulbau und der -integration alle wesentlichen Schritte bis zum einsatzbereiten LNA-Module am Fraunhofer IAF durchgeführt. Eine erste Qualifikation der Module für den Einsatz im Weltall fand ebenfalls am Institut statt, bevor die Hardware für die Receiver-Integration übergeben wurde.

AWS und EPS-Sterna: Mit New Space zu präziseren Wettervorhersagen, Nowcasting und Klimabeobachtung
Die Mission des AWS besteht darin, erstmals genauere Wetterdaten für die Arktis zu ermitteln, die kurzfristige Vorhersagen für die Polarregion ermöglichen – bis hin zum sogenannten Nowcasting, das Vorhersagen für die nächsten Stunden bezeichnet. Da die Arktis das weltweite Wetter stark beeinflusst, ermöglichen die Daten auch bessere globale Wettervorhersagen. Das gilt auch für das Klima: Der Klimawandel schreitet in der Arktis schneller voran als in anderen Regionen der Welt. Zugleich wirken sich Veränderungen in der Arktis aufgrund von Rückkopplungseffekten auf das Weltklima aus.

Im Erfolgsfall soll eine ganze Konstellation von baugleichen Kleinsatelliten dem AWS folgen: das EUMETSAT Polar System – Sterna (EPS-Sterna). Geplant ist, immer sechs Satelliten zur gleichen Zeit auf drei verschiedenen Erdumlaufbahnen langfristige Wetterdaten der Polarregionen erheben zu lassen. Das Satellitenset wird dreimal erneuert, so dass insgesamt 18 Satelliten zum Einsatz kommen. Zwei Satelliten sind als Ersatz eingeplant. 2029 soll der erste von sechs EPS-Sterna-Satelliten starten.

Mit diesem Vorhaben verfolgt die ESA erstmals den New-Space-Ansatz, der sich dadurch auszeichnet, dass Projekte in kürzester Zeit mit deutlich geringerem Ressourceneinsatz durchgeführt werden. Im Fall des AWS, dessen Gesamtmasse nur 150 kg beträgt, vergingen vom Projekt- bis zum Raketenstart nur drei Jahre, in denen ein Bruchteil der Kosten verglichen mit früheren Projekten anfiel. Weitere Vorteile von New Space bestehen in der größeren Resilienz von Konstellationen – der Ausfall eines Satelliten im Verbund kann kompensiert bzw. schnell und günstig ersetzt werden – und in der Flexibilität von Missionen, die bei Bedarf ohne großen Ressourceneinsatz verlängert oder verkürzt werden können.

Fraunhofer IAF auf der EuMW 2024
Vom 24. bis zum 26. September 2024 präsentiert das Fraunhofer IAF Ausstellungsexemplare der im AWS-Radiometer verbauten LNA-Module ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik auf der diesjährigen European Microwave Week (EuMW) in Paris (Stand: 202K).

Forschende sind außerdem mit folgenden Themen im Konferenzprogramm vertreten:

Sonntag, 22.9., 8:30–12:20 Uhr, WS09 EuMC, Raum 725–726
Dr. Laurenz John: »THz circuit and front-end developments based on InGaAs-channel mHEMT devices«

Montag, 23.9., 8:30 Uhr, EuMIC03, Raum E04
Dr. Axel Tessmann: »High-Gain 664 GHz Low-Noise Amplifier Modules Based on Advanced InGaAs HEMT Technologies«

Montag, 23.9., 16:50 Uhr, EuMIC14-3, Raum E02
Dr. Philipp Neininger: »mm-Wave GaN Varactors and E-/W-Band Phase Shifter«

Am Mittwoch, den 25. September, können Studierende und Berufseinsteigende aus dem Fachbereich Mikrowellentechnologie das Fraunhofer IAF zudem beim Young Professionals’ Career Event kennenlernen, das von 12 bis 15 Uhr in Halle 7.3 der Paris Expo Porte de Versailles stattfindet. Die Teilnahme ist kostenlos. Ab 19 Uhr findet im Chalet du Lac (avenue Anna Politovskaïa, 75012 Paris) die dazugehörige Career Party statt. Tickets dafür erhalten Interessierte beim Nachmittagsevent.

Über das Fraunhofer IAF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der III/V-Halbleiter und des synthetischen Diamanten. Auf Basis dieser Materialien entwickelt das Fraunhofer IAF Bauelemente für zukunftsweisende Technologien, wie elektronische Schaltungen für innovative Kommunikations- und Mobilitätslösungen, Lasersysteme für die spektroskopische Echtzeit-Sensorik, neuartige Hardware-Komponenten für Quantencomputer sowie Quantensensoren für industrielle Anwendungen. Mit seinen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten deckt das Freiburger Forschungsinstitut die gesamte Wertschöpfungskette ab – angefangen bei der Materialforschung über Design und Prozessierung bis hin zur Realisierung von Modulen, Systemen und Demonstratoren. https://www.iaf.fraunhofer.de

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• AWS – Arctic Weather Satellite

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Quelle: OHB SE 17. August 2024.

Vandenberg / Kista / Bremen, 17. August 2024. Erfolgreicher Lift-Off für den Arctic Weather Satellite (AWS): Der neue Wettersatellit startete mit einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien, USA. Kurze Zeit später sendete er sein erstes Signal aus dem All. OHB Schweden, ein Tochterunternehmen des Raumfahrtkonzerns OHB SE, hat den Satelliten im Auftrag der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA entwickelt und gebaut. Das Besondere: Von der Auftragsvergabe bis zum Start vergingen nur drei Jahre. Ganz bewusst wurde der New Space-Ansatz gewählt, mit dem neue Konzepte kostengünstig und zügig erprobt werden sollen.

„Mit dem Start dieses Satelliten jetzt die Basis für eine potenzielle große Konstellation zu legen, die es der Wissenschaft ermöglicht, die Arktis besser zu beobachten und damit auch wichtige Daten im Kampf gegen den Klimawandel zu erheben, freut mich sehr. Zudem zeigt diese Mission sehr deutlich, wie gut der New Space-Ansatz funktioniert. OHB Schweden hat in kürzester Zeit unter hoher Zeit- und Kostentreue einen Satelliten entwickelt, der in der Erdbeobachtung einen neuen Maßstab setzt. Wir stehen mit unseren Teams und unseren Partner bereit für weitere Kleinsatelliten dieser Art“, sagte OHB-Chef Marco Fuchs nach dem erfolgreichen Start.

Wetterprognosen und Klimamodelle verbessern
Der Arctic Weather Satellite ist ein Kleinsatellit, 125 Kilo leicht und nur so groß wie eine Geschirrspülmaschine. In 590 Kilometern Höhe kreist er auf einer polaren Umlaufbahn und misst Temperatur und Feuchtigkeit in der Atmosphäre. Dafür nutzt er ein 19-kanaliges, spurüberlappendes Mikrowellenradiometer. Auch bei dichten Wolken, Sturm und Regen sammelt ein rotierender Spiegel die Daten aus der Atmosphäre für den empfindlichen Mikrowellensensor. Mit diesen hochauflösenden Profilen können Meteorolog:innen künftig bessere und vor allem aktuellere Wettervorhersagen erstellen. Zudem werden die Daten dringend gebraucht, um die globalen Klimamodelle zu verbessern, denn die Polargebiete spielen eine Schlüsselrolle im weltweiten Klimageschehen.

Daten aus der Arktis fehlen
Bisher ist die Satellitenabdeckung in der Arktis unzureichend. Die großen europäischen Wettersatelliten (Meteosat) sind im geostationären Orbit auf 36.000 Kilometern positioniert und kreisen über dem Äquator mit der Erde mit, haben also permanent eine halbe Erdscheibe im Blick. Gebiete in den höheren Breitengraden, also nahe unserer Pole, können sie nicht erfassen. Andere Wettersatelliten, z.B. das europäische MetOp-Programm sowie dessen US-amerikanisches Pendant NOAA Joint Polar Satellite System, sind zwar unterwegs in einer erdnahen Umlaufbahn und fliegen auch über die polaren Regionen, ihre Daten reichen aber nicht aus.

Der jetzt gestartete Arctic Weather Satellite und die auf seiner Basis geplante große Konstellation mit Namen EPS Sterna (EUMETSAT Polar System – Sterna) soll die bestehenden Systeme ergänzen, sodass konstant ein Strom von Daten über Temperatur und Luftfeuchtigkeit aus der Arktis zur Verfügung steht. Extrem kurzfristige Wettervorhersagen, sogenanntes Nowcasting, soll dann möglich sein. Das ist wichtig, weil eine verbesserte Wetterprognose für die Polarregionen auch zu einer Verbesserung der globalen Wetterberichte führt. EPS Sterna würde aus drei Generationen von je sechs Kleinsatelliten bestehen und wird von der Europäischen Weltraumorganisation ESA im Auftrag der Europäischen Organisation für die Nutzung Meteorlogischer Satelliten (EUMETSAT) entwickelt.

Bereit für das New Space-Zeitalter
Der Anfang für diese Konstellation ist mit dem erfolgreichen Start des ersten Arktischen Wettersatelliten gemacht und der Jubel war heute in Schweden besonders groß. Benoit Mathieu, CEO von OHB Schweden, sagte: „Die Tatsache, dass unser Satellit jetzt im Weltraum ist und bald Wetterdaten über der Arktis sammeln wird, macht uns stolz. Dies war eine großartige Teamleistung, und ich möchte dem Team von OHB Sweden und allen Partnern für die gute Zusammenarbeit und der ESA für das Vertrauen in unsere Technologie danken. Der Arktische Wettersatellit ist bereits die dritte Mission, die auf unserer Innosat-Plattform basiert. Der Erfolg dieses Projekts ist der beste Beweis für unsere Fähigkeit, in kurzer Zeit einen leistungsfähigen und kostengünstigen Kleinsatelliten zu entwickeln. Wir sind bereit für das neue Raumfahrtzeitalter.“

Starkes Industriekonsortium
OHB Schweden leitet bei der Arctic Weather Satellite-Mission das Industriekonsortium, zu dem auch Omnisys in Schweden als Generalunternehmer für das Mikrowellenradiometer sowie Thales Alenia Space in Frankreich als Generalunternehmer für das Bodensegment gehören. Insgesamt umfasst das Industrieteam 31 Unternehmen, darunter 14 kleine und mittelständische Unternehmen aus zwölf ESA-Mitgliedsstaaten. Auch Deutschland ist stark durch KMU vertreten, die wichtige Hardware für die Instrumenten- und die Satellitenplattform beigesteuert haben.

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• Transporter-11 auf Falcon-9

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Quelle: DLR 17. August 2024.

17. August 2024 – Der Erdbeobachtungssatellit „Arctic Weather Satellite“ (AWS) ist am 16. August 2024 um 11:56 Uhr (20:56 Uhr MEZ) mit einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien gestartet. Der Erstkontakt erfolgte um 3:06 Uhr MEZ.

Der Kleinsatellit mit nur 150 Kilogramm Gesamtmasse startet damit seinen einjährigen Betrieb. Mit einem passiven Mikrowellenradiometer misst er Temperatur- und Feuchteprofile der Arktis, einer Region, in der es bislang an Daten für genaue kurzfristige Wettervorhersagen fehlte.

Die Daten von AWS werden die kurz- und mittelfristige Wettervorhersage in den nördlichen Polarregionen wesentlich verbessern. Das arktische Wetter ist ein wesentlicher Einflussfaktor für das globale Wetter, daher werden die Daten auch zu einer deutlichen Verbesserung der globalen Wettervorhersage beitragen.

In Deutschland und Europa besteht ein großes Interesse an einer Nutzung der Daten, da eine verbesserte Vorhersage in der Polregion auch zu einer deutlichen Verbesserung der Wettervorhersagen auf dem europäischen Kontinent führt. Dies gilt insbesondere für ausgedehnte Hitze- und Kälteperioden.

AWS dient dabei als Demonstrator für die geplante Satellitenkonstellation „EPS Sterna“. Sie soll von der Europäischen Weltraumorganisation ESA im Auftrag der Europäischen Organisation für die Nutzung Meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) gebaut werden. EPS Sterna wird aus drei Generationen von sechs Kleinsatelliten in drei Erdumlaufbahnen bestehen, die langfristig genaue Wetterdaten der Polarregionen liefern werden. Die Konstellation wird eine wichtige Ergänzung von Messdaten der bestehenden Satellitensysteme MetOp-SG von EUMETSAT und JPSS der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sein.

AWS ist dabei Demonstrator für die Funktionsfähigkeit des Satelliten und seiner Instrumente sowie für den Nutzen des kosten- und zeiteffizienten „New-Space“-Ansatzes.

Mit deutscher Technik schnell, kostengünstig und zukunftssicher
Bei der Entwicklung von AWS wurden im Sinne des „New-Space“-Ansatzes gänzlich neue Wege begangen, um kosteneffizient und mit hoher Zeitplantreue zum Ergebnis zu kommen. Dazu wurden insbesondere die technischen Anforderungen und die Prüfprozeduren wesentlich vereinfacht. Von der Erteilung des Auftrags durch die ESA an den Hauptauftragnehmer OHB Schweden bis zur Fertigstellung des Satelliten vergingen dadurch nur 36 Monate. Die Kostentreue war dabei bemerkenswert hoch.

Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, betont die Bedeutung für die deutsche Wirtschaft und Forschungslandschaft: „Ich freue mich sehr, dass wir mit AWS Deutschland als Raumfahrtstandort stärken können. Deutsche Forschungseinrichtungen und mittelständische Raumfahrtunternehmen sind stark an der Entwicklung des Satelliten beteiligt. Bei der geplanten Produktion von insgesamt 20 Satelliten im Rahmen des Programms ‚EPS Sterna‘ werden sich langfristig zahlreiche Aufträge für den deutschen Mittelstand ergeben.“

Deutschland ist über die Europäische Weltraumorganisation ESA mit ungefähr 18 Prozent an den Kosten für AWS beteiligt, die aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) stammen. Die geplante Konstellation EPS Sterna wird über EUMETSAT betrieben und durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) finanziert werden.

„Es ist der ESA gelungen, in kürzester Zeit ein Proto-Flugmodell des AWS zu entwickeln, um dessen operationelle Einsatzbereitschaft in Vorbereitung auf ein mögliches, zukünftiges EUMETSAT-Programm zu demonstrieren. Hier zeigt sich wie mit Hilfe von New Space Ansätzen erfolgreich und effizient Satelliten entwickelt und gebaut werden können. Genau dieses Innovationsökosystem wollen wir mit unserer Raumfahrtstrategie vorantreiben“, sagt Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die Deutsche Luft- und Raumfahrt.

Stefan Schnorr, Staatssekretär im Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV), ergänzt: „Mit dem neuen Erdbeobachtungssatelliten erhalten wir so detailreiche Einblicke wie niemals zuvor in die klimatischen Entwicklungen in der Arktis – einer Region, die maßgeblich vom Klimawandel betroffen ist. AWS steht für Spitzentechnologie, die Maßstäbe setzt. Der neue Satellit wird dazu beitragen, die Wettervorhersagen in Deutschland und Europa weiter zu verbessern.“

Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR koordiniert die deutschen ESA-Beiträge.

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• Transporter-11 auf Falcon-9

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Quelle: ESA 16. August 2024.

16. August 2024 – Um 21:50 Uhr MESZ trennte sich Φsat-2 von der Rakete und um 23:47 Uhr MESZ empfing die Svalbard-Bodenstation in Norwegen das entscheidende Signal, dass sich Φsat-2 nun sicher in der Umlaufbahn befindet.

Der Arktische Wettersatellit trennte sich am 16. August um 23:30 Uhr MESZ von der Rakete und am 17. August um 03:06 Uhr MESZ wurde das Signal, das den einwandfreien Zustand des Arktischen Wettersatelliten anzeigte, von der KSAT-Bodenstation in Svalbard, Norwegen, empfangen.

Die Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, Simonetta Cheli, erklärte: „Der heutige Tag stellt mit dem Start von zwei bahnbrechenden ESA-Missionen einen wichtigen Meilenstein dar.

„Der wegweisende Arktische Wettersatellit wird aufzeigen, wie die Verfügbarkeit häufigerer Daten die Wettervorhersagen für die arktische Region verbessern kann, wo der Mangel an Daten seit langem eine Herausforderung darstellt. Diese Mission zeugt von unserem Engagement, die Raumfahrttechnologie schnell und effizient voranzutreiben – von der Auftragsvergabe bis zur Fertigstellung vergingen lediglich 36 Monate.

„Wir freuen uns auch über den Start von Φsat-2, der die transformierende Kraft der künstlichen Intelligenz bei der Erdbeobachtung unter Beweis stellen wird. Mit dieser Mission wird eine neue Ära umsetzbarer Erkenntnisse aus dem Weltraum eingeleitet, die intelligentere und wirksamere Wege zur Überwachung unseres Planeten verspricht.“

Über den Arktischen Wettersatelliten der ESA
Der Arktische Wettersatellit der ESA ist ein Prototyp, der die Wettervorhersage in der Arktis verbessern soll. In dieser Region mangelt es derzeit an Daten für genaue Kurzzeitvorhersagen.

Der Satellit baut auf bestehenden Überwachungssatelliten für die Arktis auf und wird präzise, kurzfristige Wettervorhersagen für die arktische Region liefern.

Er ist mit einem spurübergreifenden 19-Kanal-Mikrowellenradiometer ausgerüstet, das hochauflösende Feuchtigkeits- und Temperatursondierungen der Atmosphäre bei beliebigen Wetterbedingungen liefern wird.

Der Arktische Wettersatellit ist der Vorläufer einer potenziellen Satellitenkonstellation mit der Bezeichnung EPS-Sterna. Die ESA wird ihn für Eumetsat bauen, wenn der erste Prototyp des Arktischen Wettersatelliten eine gute Leistung erbringt.

Die Konstellation soll einen nahezu konstanten Strom von Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten von jedem Ort der Erde liefern. Dadurch könnten zum ersten Mal sehr kurzfristige Wettervorhersagen in der Arktis gemacht werden – das so genannte „Nowcasting“.

Die Mission des Arktischen Wettersatelliten wird die Erforschung des Klimawandels unterstützen. Der Klimawandel findet in der Arktis schneller statt als in anderen Teilen der Welt – und diese schnellen Veränderungen wirken sich auf das gesamte Erdsystem aus.

Der Arktische Wettersatellit, der das Konzept des „New Space“ aufgreift, wurde nach einem sehr engen Zeitplan unter der Leitung des schwedischen Industriekonsortiums OHB entwickelt und gebaut.

Über Φsat-2
Φsat-2 – ausgesprochen Phisat-2 – ist ein CubeSat, der demonstrieren soll, wie verschiedene KI-Technologien innovative Erdbeobachtung vorantreiben können.

Dieser nur 22 x 10 x 33 cm große Miniatursatellit ist mit einer hochmodernen Multispektralkamera und einem leistungsstarken KI-Rechner ausgestattet, der die Bilder in der Umlaufbahn analysiert und verarbeitet.

Der Satellit verfügt über sechs KI-Anwendungen, die Bilder in Karten umwandeln, Wolken auf den Bildern erkennen, sie klassifizieren und einen Einblick in die Wolkenverteilung geben, Schiffe erkennen und klassifizieren, Bilder an Bord komprimieren und am Boden wiederherstellen, um die Downloadzeit zu verkürzen, Abweichungen in Meeresökosystemen erkennen und Waldbrände entdecken.

Mithilfe von Φsat-2 wird ein neues Zeitalter verwertbarer Erkenntnisse aus dem Weltraum eingeläutet, um die Fähigkeit zum Einsatz verschiedener KI-Anwendungen und -Funktionen zu beweisen – und das alles in der Umlaufbahn.

Darüber hinaus können benutzerdefinierte KI-Anwendungen entwickelt, installiert und auf dem Satelliten betrieben werden – und das sogar, während er sich in der Umlaufbahn befindet. So kann sich Φsat-2 an veränderte Bedürfnisse anpassen und seinen Wert für Wissenschaftler:innen, Unternehmen und Regierungen maximal ausschöpfen.

Φsat-2 ist ein Gemeinschaftsprojekt mit Open Cosmos als Hauptauftragnehmer, unterstützt von einem Industriekonsortium aus CGI, Simera, Ubotica, CEiiA, GEO-K und KP-Labs.

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• Transporter-11 auf Falcon-9

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Quelle: Universität Hamburg 12. August 2024.

12. August 2024 – Eine neue Studie des Exzellenzclusters CLICCS der Universität Hamburg zeigt, wie viel CO₂ im Arktischen Ozean durch die Erosion von Permafrost in die Atmosphäre entweicht.

Die Weltmeere mildern den Klimawandel, denn sie entziehen der Atmosphäre rund 30 Prozent der vom Menschen freigesetzten Treibhausgase. Doch dieser Anteil wird durch die Folgen der Erderwärmung beeinflusst. Zum Beispiel durch die Erosion von Permafrostboden an den Küsten des Arktischen Ozeans. Diese reduziert die CO₂-Aufnahmefähigkeit des Meerwassers deutlich. Dr. David Nielsen und sein Team können erstmals in Klimamodellen darstellen, wie stark sich dieser Effekt in der Zukunft auswirken wird. Die Studie ist jetzt im Fachmagazin Nature Climate Change erschienen.

Demnach werden im Arktischen Ozean pro Jahr und pro Grad Celsius globaler Temperaturerhöhung ein bis zwei Millionen Tonnen CO₂ weniger von der Atmosphäre aufgenommen als bisher angenommen. Das entspricht einem Zehntel der Emissionen, die in Europa jährlich durch den Autoverkehr verursacht werden.

Durch das Auftauen und Abtragen der über Jahrtausende gefrorenen Küstenstreifen gelangen große Mengen Erdboden und Sedimente in den Ozean. Wie die Partikel genau mit dem Meerwasser reagieren, hängt von ihrer Zusammensetzung ab. In jedem Fall erhöhen sie mit ihren organischen Bestandteilen den Kohlenstoffgehalt im Wasser und verringern so die Aufnahmefähigkeit für CO₂ aus der Luft – und zwar um zehn bis 15 Prozent im gesamten Arktischen Ozean, wie das Team berechnete.

„Wir können den Meeren dankbar sein, dass sie einen großen Teil unserer Treibhausgase aufnehmen“, sagt Klimaforscher Nielsen. „Doch vielleicht setzt sich diese Dienstleistung der Meere nicht unbegrenzt fort. Wenn wir wissen wollen, ob wir uns auch in Zukunft auf ihre Wirkung verlassen können, müssen wir die Mechanismen der CO₂-Aufnahme genau verstehen.“

Nielsens Studie trägt dazu bei, den Einfluss von Permafrost-Erosion besser zu verstehen. Dadurch kann dieser künftig in Klimavorhersagen und Kohlenstoffbudgets mitberücksichtigt werden. So könnte sich die Erosion bis zum Jahr 2100 um den Faktor zwei bis drei beschleunigen. Das Team untersuchte deshalb verschiedene Szenarien für Küstenerosion, je nachdem, wie erfolgreich sich der Klimaschutz weltweit entwickelt.

Orginalpublikation:
Nielsen DM, Chegini F, Maerz J, Brune S, Mathis M, Dobrynin M, Baehr J, Brovkin V, Ilyina T (2024): Reduced Arctic Ocean CO₂ uptake due to coastal permafrost erosion; Nature Climate Change; https://www.nature.com/articles/s41558-024-02074-3

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Hamburg 13. Februar 2024.

13. Februar 2024 – Seit 2007 haben sich die Bedingungen in der Arktis verschoben. Dies zeigen Daten, die jetzt im Fachjournal Nature Communications Earth & Environment veröffentlich wurden. Zwischen 2007 und 2021 ereigneten sich in den Randgebieten des Arktischen Ozeans elf Hitzewellen, bei denen die Wassertemperatur an der Oberfläche durchschnittlich 2,2 Grad Celsius wärmer war als das langjährige Mittel. Die Hitzewellen hatten eine mittlere Dauer von 37 Tagen. Ab 2015 traten sie jährlich auf.

Die bislang stärkste Hitzewelle ereignete sich 2020. Sie dauerte 103 Tage mit Spitzentemperaturen von vier Grad Celsius über dem langjährigen Mittel. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Hitzewelle ohne den Einfluss von menschengemachten Treibhausgasen aufgetreten wäre, liegt unter einem Prozent, errechnete das Team um Barkhordarian vom Exzellenzcluster CLICCS. Es grenzte dadurch die Bandbreite ein, welche Entwicklungen in der Arktis künftig plausibel sind. So werden jährliche Hitzewellen in Zukunft die Regel sein.

Die Arktis tritt in eine neue Phase ein
Barkhordarian weist außerdem erstmals nach, dass arktische Hitzewellen entstehen, wenn das Meereis nach dem Winter früh und schnell schmilzt. Dadurch kann sich bis zum Zeitpunkt der maximalen Sonneneinstrahlung im Juli viel Wärme im Wasser anreichern. „2007 hat in der Arktis eine neue Phase begonnen“, sagt die Expertin für Klimastatistik an der Universität Hamburg. „Es gibt immer weniger dickes Eis, das mehrere Jahre alt ist. Stattdessen nimmt der Anteil von einjährigem, dünnen Eis beständig zu.“ Das dünne Eis ist jedoch weniger haltbar und schmilzt schneller, sodass die Sonneneinstrahlung ungehindert die Wasseroberfläche erwärmen kann.

Offiziell spricht man von einer marinen Hitzewelle, wenn die Temperaturen an der Wasseroberfläche an mindesten fünf aufeinanderfolgenden Tagen höher sind als 95 Prozent der Werte aus den letzten 30 Jahren.

„Nicht nur der anhaltende Verlust des Meereises, auch das wärmere Wasser kann das Ökosystem Arktis dramatisch beeinträchtigen“, sagt Barkhordarian. Nahrungsketten können abreißen, Fischbestände geschädigt werden und insgesamt kann die biologische Vielfalt abnehmen.

Hintergrund:
Ist der Mensch verantwortlich? Mit Hilfe der Attributionsforschung lässt sich vergleichen, wie sich die Welt mit und ohne den Einfluss des Menschen entwickelt hätte. Für die vorliegende Studie wurde berechnet, wie wahrscheinlich das Auftreten der einzelnen Hitzewellen in einer Welt ohne menschengemachte Treibhausgase wäre. Weiter werteten Barkhordarian und ihr Team Satellitendaten aus und nutzten gekoppelte Klimamodelle für ihre Analysen.

Fachartikel:
Barkhordarian A, Nielsen DM, Olonscheck D, Baehr J (2024): Arctic marine heatwaves forced by greenhouse gases and triggered by abrupt sea-ice melt; Nature Communications Earth & Environment.
https://www.nature.com/articles/s43247-024-01215-y
pdf: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01215-y.pdf

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• Klimawandel

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Quellen: GK Roskosmos, RIA Nowosti, TASS.ru.

Baikonur, 16. Dezember 2023 – Russland hat am Samstag den hydrometeorologischen Satelliten Arktika-M Nr. 2 gestartet. Er stieg um 10:18 Uhr deutscher Zeit an der Spitze einer Sojus-2.1b-Trägerrakete mit einer Fregat-Oberstufe vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan auf, teilte die GK Roskosmos mit.

Der erste Arktika-Satellit umkreist seit dem 28. Februar 2021 die Erde auf einer hochelliptischen Bahn. Gemeinsam mit der Nummer 2 soll er das ganztägige Wettermonitoring der Erdoberfläche und des Nördlichen Eismeeres sichern. Ursprünglich waren nur die beiden Satelliten geplant, die auf der unifizierten Plattform Nawigator beruhen. Die darauf montierten Apparaturen sollen eine Lebensdauer von sieben Jahren haben. Im Dezember 2022 hatte die Wissenschaftliche Produktionsvereinigung (NPO) Lawotschkin als Hersteller jedoch angekündigt, die Gruppe bis 2031 auf vier Satelliten zu erweitern. Davon erwartet man sich vor allem schnellere und detailliertere Wetterprognosen insbesondere der Arktis.

Gerhard Kowalski

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• Arktika-M Nr.2 – Sojus 2.1b/Fregat – Baikonur 31/6

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Quelle: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung 14. September 2022.

14. September 2022 – Die Arktis hat sich in den vergangenen Jahrzehnten deutlich schneller erwärmt als der Rest der Welt. Mit Folgen für das Meereis. Um zu erfassen, wie dick die Eismassen in der Nordpolarregion sind, nutzen Forschende vor allem Satelliten. Diese Methode stößt im Sommer allerdings an ihre Grenzen, da Schmelzprozesse an der Eisoberseite die Messungen aus dem All erschweren. Ein internationales Team mit Beteiligung des Alfred-Wegener-Instituts hat nun ein Verfahren entwickelt, das erstmals ermöglicht, die Veränderungen der arktischen Meereisdicke für die Jahre 2011 bis 2021 zu bestimmen – auch in den Sommermonaten. Die Daten sind von besonderer Bedeutung für die Schifffahrt in der Arktis und werden die Qualität von Wetter und Eisvorhersagen deutlich verbessern, wie die Forschenden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature berichten, wo der Beitrag Titelgeschichte ist.

Seit den 1980er Jahren werden Satelliten eingesetzt, um die Dicke des Eises in der Arktis zu messen. Aber die Technik funktioniert nur im arktischen Winter, von Oktober bis April, wenn Eis und Schnee kalt und trocken sind. „In den Sommermonaten werden die Satelliten von Tümpeln aus Schnee und Schmelzwasser geblendet, die sich auf der Meereisoberfläche sammeln“, sagt Jack Landy, Erstautor der Studie vom Fachbereich Physik und Technologie der Universität Tromsø (UiT). „Sie können dann nicht mehr zwischen schmelzendem Eis und Wasser unterscheiden.“ Wissen über die Dicke des Meereises im Sommer sei aber wichtig, um Prognosen für das künftige Wetter und Klima zu erstellen und Sicherheitsrisiken für Projekte und Schifffahrt in der Arktis zu verringern.

Deshalb hat das Forschungsteam unter Leitung von Landy mit Hilfe von künstlicher Intelligenz frühere Daten von Satelliten untersucht, um zu sehen, wann sie Eis und wann sie Ozean registrieren. Mit Hilfe einer Deep-Learning Methode und numerischen Simulationen ist es ihnen erstmals gelungen, aus diesen Daten die Eisdicke auch während der Schmelzphase in den Sommermonaten aus dem Weltall hinreichend genau zu bestimmen. So entstand ein Datensatz, der zum ersten Mal die Dicke des Meereises in der gesamten Arktis und über ein ganzes Jahr hinweg zeigt.

Mit Vergleichsmessungen konnte die Gruppe abschätzen, wie genau die neu entwickelte Methode ist. Ein Großteil dieser Daten stammte aus den IceBird Kampagnen des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Mit den Polarfliegern des AWI sammeln wir Informationen über die Zusammensetzung und die Eigenschaften des arktischen Eises und seine Veränderungen im Laufe der Zeit“, sagt Dr. Thomas Krumpen, Klimawissenschaftler am AWI und Mitautor der Studie. „Die Flugzeugmessungen sind sehr genau und decken große Bereiche ab. Sie eignen sich daher besonders für die Validierung.“

Für ein besseres Verständnis der Prozesse in der Arktis, präzisere Vorhersagen und sichere Schifffahrt
Die neuen Satellitendaten zur Eisdicke im Sommer sollen nun in Meereisvorhersagen eingesetzt werden, um deutlich früher genauere Aussagen über die Eisausdehnung und das Eisvolumen im Sommer treffen zu können. „Mit den ganzjährigen und arktisweiten Daten bekommen wir ganz neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean“, so Thomas Krumpen. Auch für die Schifffahrt in der Arktis und für künftige Wetter- und Klimavorhersagen seien die Ergebnisse von großer Bedeutung: „Mit den neuen Satellitendaten sind wir endlich in der Lage, Meereisvorhersagen auf der Grundlage der Eisdicke zu treffen, und zwar nicht nur für den Winter, sondern auch für den Sommer. Das wird die Sicherheitsrisiken für Schiffe und Fischerboote verringern“, sagt Jack Landy. „Wir können vorhersagen, ob an einem bestimmten Ort im September Eis vorhanden sein wird oder nicht, indem wir die Eisdicke im Mai messen.“ Laut Mitautor Professor Michel Tsamados vom University College London können die neuen Daten nicht nur die kurzfristigen Vorhersagen für das Wetter in den mittleren Breiten verbessern, sondern auch die langfristigen Prognosen für das künftige Klima.

Originalpublikation
Jack C. Landy, Geoffrey J. Dawson, Michel Tsamados, et. al.: A year-round satellite sea-ice thickness record from CryoSat-2. Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05058-5,
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05058-5.

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• Klimawandel

Der Beitrag Erdbeobachtung: Arktische Meereisdicke auch im Sommer erfassen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ETH Zürich 7. Juli 2022.

7. Juli 2022 – Das Ozonloch über der Antarktis ist vielen ein Begriff. Weniger bekannt ist, dass gelegentlich auch über der Arktis das schützende Ozon in der Stratosphäre zerstört und die Ozonschicht ausgedünnt wird. Zuletzt so geschehen in den Frühlingsmonaten der Jahre 2011 und 2020.

Nach diesen beiden Ereignissen beobachteten Klimaforschende Wetteranomalien über der gesamten Nordhalbkugel. In Mittel- und Nordeuropa, Russland und vor allem in Sibirien war es in jenen Frühjahren außerordentlich warm und trocken. In polaren Gebieten hingegen herrschten nasse Bedingungen vor. Diese Wetteranomalien waren 2020 besonders ausgeprägt. Auch in der Schweiz war es in jenem Frühjahr besonders warm und trocken.

Ob zwischen der Ozonzerstörung in der Stratosphäre und den beobachteten Wetteranomalien ein ursächlicher Zusammenhang besteht, ist in der Klimaforschung umstritten. Eine Rolle spielt zudem der Polarwirbel in der Stratosphäre, der sich im Winter bildet und im Frühling zerfällt. Wissenschaftler*innen, die das Phänomen bisher untersuchten, kamen zu widersprüchlichen Resultaten und unterschiedlichen Schlüssen.

Nun bringen die Doktorandin Marina Friedel und SNF Ambizione Fellow Gabriel Chiodo aus der Gruppe von Thomas Peter, Professor für Atmosphärenchemie an der ETH Zürich, in Zusammenarbeit mit der Universität Princeton und weiteren Universitäten, Licht in die Sache.

Simulationen decken Zusammenhang auf
Um einen möglichen ursächlichen Zusammenhang aufzudecken, simulierten die Forschenden das Phänomen, indem sie den Ozonabbau in zwei unterschiedlichen Klimamodellen integrierten. Die meisten Klimamodelle berücksichtigen nur physikalische Faktoren, nicht aber Variationen des Ozongehalts der Stratosphäre, unter anderem deshalb, weil dies viel mehr Rechenkapazität benötigen würde.

Die neuen Berechnungen machen aber deutlich: Die Ursache für die in den Jahren 2011 und 2020 beobachteten Wetteranomalien auf der Nordhalbkugel ist mehrheitlich die Ozonzerstörung über der Arktis. Die Simulationen, die die Forschenden mit den beiden Modellen durchführten, deckten sich weitgehend mit den Beobachtungsdaten aus den beiden Jahren sowie acht weiteren solchen Ereignissen, die zu Vergleichszwecken herangezogen wurden. War in den Modellen die Ozonzerstörung jedoch «ausgeschaltet», ließen sich die Beobachtungen nicht reproduzieren.

«Aus wissenschaftlicher Sicht hat uns am meisten überrascht, dass die Modelle, die wir für die Simulationen verwendet haben, grundverschieden sind, aber ein ähnliches Resultat ergaben», sagt Mitautor Gabriel Chiodo, SNF Ambizione Fellow am Institut für Atmosphäre und Klima.

Mechanismus geklärt
Am Anfang des Phänomens, wie es die Forschenden nun untersucht haben, steht der Ozonabbau in der Stratosphäre. Damit Ozon dort abgebaut wird, müssen die Temperaturen in der Arktis sehr tief sein. «Die Ozonzerstörung läuft nur dann ab, wenn es kalt genug und der Polarwirbel in der Stratosphäre, rund 30 bis 50 Kilometer über dem Erdboden, stark ist», betont Friedel.

Normalerweise absorbiert Ozon die von der Sonne abgegebene UV-Strahlung und erwärmt dadurch die Stratosphäre. Das trägt zum Zerfall des Polarwirbels im Frühjahr bei. Ist aber weniger Ozon vorhanden, kühlt sich die Stratosphäre ab und der Wirbel wird stärker. Und das wirkt sich auf die Erdoberfläche aus. «Ein starker Polarwirbel erzeugt dann die beobachteten Oberflächeneffekte», sagt Chiodo. Ozon trägt also wesentlich dazu bei, dass sich die Temperatur und die Zirkulation rund um den Nordpol verändern.

Genauere Langfristprognosen möglich
Die neuen Erkenntnisse könnten Klimaforschenden helfen, künftig genauere saisonale Wetter- und Klimaprognosen zu erstellen. So lassen sich die Wärme- und Temperaturänderungen besser vorhersagen. «Für die Landwirtschaft ist das wichtig», betont Chiodo.

«Interessant wird sein, die künftige Entwicklung der Ozonschicht zu beobachten und zu modellieren», sagt Friedel. Denn noch geht der Ozonabbau weiter, obwohl ozonzerstörende Substanzen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) seit 1989 verboten sind. FCKW sind sehr langlebig und verweilen 50 bis 100 Jahre in der Atmosphäre. Sie entfalten ihr zerstörerisches Potenzial auch Jahrzehnte, nachdem sie aus dem Verkehr gezogen wurden. «Die FCKW-Konzentration sinkt jedoch stetig, und damit stellt sich die Frage, wie schnell sich die Ozonschicht erholt und wie sich dies auf das Klimasystem auswirkt», sagt die Klimaforscherin.

Publikation
Friedel M, et al. Springtime arctic ozone depletion forces northern hemisphere climate anomalies. Nature Geoscience, 2022. Doi: 10.1038/s41561-022-00974-7
https://www.nature.com/articles/s41561-022-00974-7

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Zürich.

8. Februar 2022 – Die Schweiz erlebte im letzten Winter heftige Schneefälle: Züge und Trams fielen aus und Bäume brachen unter der Schneelast. In den vergangenen Tagen fiel auch an der US-Ostküste ungewohnt viel Schnee bei sehr niedrigen Temperaturen bis hinunter nach Florida. In Ostasien werden Wintereinbrüche dieser Art durch wärmere arktische Winter ausgelöst, wie ein internationales Team von Forschenden aus der Schweiz, Korea, China, Japan und Großbritannien zeigt. Die kühleren Winter im Süden schwächen nicht nur die Vegetationsaktivität in den immergrünen Subtropen, sondern beeinträchtigen die Ökosysteme bis in den Frühling hinein, etwa aufgrund von abgebrochenen Ästen oder Frostschäden an Blättern. «Die kühleren Winter schränken die Produktivität der Wälder ein, das heißt sie nehmen weniger CO2 aus der Luft auf», erklärt Erstautor Jin-Soo Kim vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltstudien der UZH. «Darüber hinaus verringern sie die landwirtschaftlichen Erträge bei Getreide, Obst, Wurzelgemüse und Hülsenfrüchten.»

Zusammenhängende Wettervorgänge weit voneinander entfernter Gebiete
Die Wissenschaftler kombinierten Erdsystemmodelle, Satellitendaten und lokale Beobachtungen. Zudem analysierten sie die Temperaturen der Meeresoberflächen der Barents- und Karasee. Dabei fanden sie heraus, dass in Jahren mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen in der Arktis Veränderungen in der atmosphärischen Zirkulation zu einem anormalen und deutlich kälteren Klima in Ostasien führten. In besonders kalten Jahren wirkten sich diese ungünstigen Bedingungen negativ auf das Wachstum der Vegetation aus, verzögerten die Blütezeit und minderten die Ernteerträge.

Zugleich verminderte sich die Kohlenstoffaufnahmekapazität der Region während Winter und Frühling gemäß Schätzungen der Forschenden um 65 Megatonnen. Zum Vergleich: Die Schweiz emittiert jährlich 8,8 Megatonnen Kohlenstoff. Die klimatisch bedingte Schwächung der Kohlenstoff-Aufnahmekapazität sollte laut den Autoren bei Diskussionen rund um Kohlenstoff- resp. Klimaneutralität deshalb berücksichtigt werden.

Klimawandel bewirkt ökologische und sozioökonomische Schäden
Die durch menschliche Treibhausgasemissionen verursachte Erwärmung der Arktis führt zu sozioökonomischen Schäden für die Menschen bis in die Subtropen. Für Mitautorin und UZH-Erdsystemwissenschaftlerin Gabriela Schaepman-Strub zeigen die Erkenntnisse, wie komplex die Auswirkungen des Klimawandels sind: «Aufgrund von Fernwirkungen in der atmosphärischen Zirkulation beeinflusst die starke Erwärmung im arktischen System, insbesondere über der Barents- und Karasee, Ökosysteme in Tausenden von Kilometern Entfernung – und dies über mehrere Wochen hinweg. Die Erwärmung der Arktis bedroht nicht nur den Eisbären, sondern wird auch uns auf vielfältige Weise prägen.»

Literatur:
Jin-Soo Kim, Jong-Seong Kug, Sujong Jeong, Jin-Ho Yoon, Ning Zeng, Jinkyu Hong, Jee-Hoon Jeong, Yuan Zhao, Xiaoqiu Chen, Mathew Williams, Kazuhito Ichii & Gabriela Schaepman-Strub: Arctic warming-induced cold damage to East Asian terrestrial ecosystems. 1 February 2022, DOI: 10.1038/s43247-022-00343-7

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• Klimawandel

Der Beitrag Warme Winter in der Arktis bewirken Kälteschäden in den Subtropen Ostasiens erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

25. August 2021 – Die Arktis erwärmt sich deutlich schneller als andere Teile der Erde. Dabei tauen in den Regionen nördlich des Polarkreises unter anderem Permafrostböden auf und setzen das gegenüber CO₂ vielfach wirkungsvollere Klimagas Methan frei. Ebenso gasen subpolare Feuchtgebiete Methan aus. Vom 14. bis 27. August 2021 findet die internationale Forschungskampagne MAGIC 2021 statt. Ausgehend von Kiruna/Schweden erfassen die rund 80 Forschenden Klimagasquellen und -senken in Skandinavien. Drei Messflugzeuge, 20 Ballons und drei Erdbeobachtungssatelliten liefern Daten zur Region. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt sich mit in-situ-Messungen auf der DLR eigenen Cessna Grand Caravan und mit CHARM-F (CH₄ Atmospheric Remote Monitoring) einem neuentwickelten Flugzeug getragenen Lidar-Instrument zur Methan- und CO₂-Detektion. Eine weltraumtaugliche Variante des Lidars soll ab 2027 bei der Satellitenmission MERLIN zur globalen Methan-Detektion aus dem All eingesetzt werden. Der bei MAGIC 2021 verwendete Demonstrator unterstützt die Vorbereitung dieser deutsch-französischen Mission. An MAGIC 2021 sind insgesamt 17 Forscherteams aus sieben Nationen unter Leitung der französischen Raumfahrtagentur CNES und Forschungseinrichtung CNRS beteiligt.

Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) sind die beiden bedeutendsten anthropogenen Treibhausgase. Insbesondere der Eintrag von Methan in die Erdatmosphäre ist noch zu wenig erforscht. In Skandinavien gibt es verschiedene Methan-Quellen, die entweder menschlichen Aktivitäten entspringen (Förderung und Verteilung von Gas und Öl) oder natürlichen Ursprungs sind (Feuchtgebiete, Torfmoore, Seen). In diesen feuchten Regionen finden organische Abbauprozesse unter Ausschluss von Luft statt, wobei Methan natürlich entsteht.

„Für die Klimaforschung sind diese Daten enorm wichtig. Denn diese Emissionen sind nur unzureichend quantifiziert“, erläutert Dr. Susann Groß, Leiterin der DLR-Programmdirektion für Raumfahrtforschung und -technologie. „Kontinuierliche Messungen in der Region sind aufgrund der geringen Bevölkerungsdichte, des langen Winters und der Wetterbedingungen eher selten. Die Forschenden wollen verstehen, welchen Einfluss die natürlichen Methanquellen haben und wie sie sich mit der Erderwärmung verändern.“

Die hohen geografischen Breiten gelten zudem als Senke für atmosphärisches CO₂. Hier ist von Interesse, ob sich die Aufnahme des CO₂ in der Biosphäre durch die starke Erwärmung der Arktis verringert und sich das arktische Ökosystem von einer Senke zu einer Quelle entwickelt.

Von der bodennahen Grenzschicht bis in die Stratosphäre

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erfassen die Klimagaskonzentrationen von der bodennahen Grenzschicht bis hinauf in die Stratosphäre in 3 Ebenen. In der Stratosphäre lassen sie im Rahmen der Kampagne Ballons bis in Höhen von 40 Kilometer aufsteigen, die mit Fernerkundungs- und in-situ Instrumenten die Konzentrationen erfassen. Das französische Forschungsflugzeug ATR-42 fliegt in rund sechs Kilometern Höhe und trägt erstmals das DLR-Lidar CHARM-F an Bord. Dieses misst die Methan- und CO₂-Konzentrationen mittels Laser zwischen Flugzeug und Boden.

Im Tiefflug entlang der bodennahen Grenzschicht fliegt die Cessna des DLR und misst direkt die Konzentration in rund 500-1.500 Meter Höhe. Eine Twin Otter des Britischen Polarforschungsinstituts (BAS) ergänzt diese Messungen durch Sondierung der Landoberfläche und dessen Temperatur, mithilfe eines passiven Fernerkundungsinstruments des Jet Propulsion Laboratory der NASA. Die koordinierten Messungen sollen im Rahmen der AMPAC-Initiative gemeinsam ausgewertet werden.

Kleinste Konzentrationsunterschiede verraten Methanquellen

„Wir wollen herausfinden, wo in Nordskandinavien die Methanemissionen herkommen und wohin sie transportiert werden“, erläutert Dr. Andreas Fix vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Gleichzeitig erproben wir unser hochpräzises Lidar. Dessen Technologie wird zukünftig auf dem deutsch-französischen Klimasatelliten MERLIN für eine kontinuierliches Methan-Monitoring aus dem All eingesetzt werden.“ Diese Technik erlaubt es, Methan und CO₂ mit eigener Lichtquelle, dem Laser, unabhängig vom Sonnenlicht aus großer Entfernung und mit hoher Genauigkeit zu messen. Besonders vielversprechend ist die erstmalige Kombination aus dem Treibhausgas-Lidar mit einem Lidar der französischen Forschungsorganisation ONERA, das gleichzeitig vom Bord der ATR-42 das Windfeld misst. Die Forschenden hoffen auf diese Weise, die Treibhausgasflüsse vom Flugzeug aus direkt bestimmen zu können.

Eine generelle Herausforderung bei der Messung von Treibhausgasen sind deren äußerst geringe Konzentrationsunterschiede. Denn auch nahe starker Quellen sind die Werte meist nur weniger als ein Prozent gegenüber der Hintergrundkonzentration erhöht. Eine äußerst sensitive und präzise Messung ermöglichen in-situ Methanmessungen nahe über dem Boden. „Über die Lufteinlässe der DLR-Cessna erfassen wir mit unseren Geräten die Konzentration der Klimagase Methan und CO₂ direkt am Ort des Flugzeugs“, erklärt Dr. Anke Roiger vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Dazu messen wir gleichzeitig den dreidimensionalen Wind. Das erlaubt uns, erhöhte Konzentrationen und Quellen am Boden zu verbinden sowie deren Quellstärke abzuschätzen.“

Rund um das nordschwedische Kiruna kann die DLR-Cessna in einem Radius von 300 Kilometern eingesetzt werden. „Für die Messflüge im Sichtflug über die weiten Waldgebiete Nordskandinaviens benötigen wir eine ausreichend hohe Wolkenuntergrenze und gute Sicht, um abgestimmt mit den anderen Maschinen der Forschungskampagne zu fliegen“, sagt Testpilot Dr. Marc Puskeiler von den DLR-Flugexperimenten. „Herausforderungen für die Flugplanung sind die oft sehr kurzfristig, teilweise noch im Flug modifizierten Flugmuster sowie die wenigen Flugplätze für Ausweichlandungen und Tankstopps in diesem sehr dünn besiedelten Gebiet.“ Nach Möglichkeit der Wetterbedingungen fliegt die DLR-Cessna koordiniert mit der französischen ATR-42 und der britischen Twin Otter. Erste Ergebnisse der Mission werden für 2022 erwartet.

Forschungskampagne Magic 2021

Um ihre Verteilung der beiden bedeutendsten anthropogenen Treibhausgase Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) in der Atmosphäre und die damit verbundenen Emissionen besser verstehen zu können, wurde 2017 die Initiative MAGIC (Monitoring Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instrument Campaigns) gestartet. Nach drei vorbereitenden Kampagnen in den letzten Jahren auf dem französischen Festland findet die Kampagne 2021 in Nordnorwegen, Schweden und Finnland, mit besonderem Fokus auf den natürlichen und anthropogenen Methanemissionen statt. In die Forschungsarbeiten fließen auch Beobachtungen der Satelliten OCO-2 (NASA), Sentinel-5P (ESA) sowie MetOp (ESA-EUMETSAT) ein.

In der großangelegten internationalen Forschungskampagne arbeiten die französischen Einrichtungen CNRS, CNES und Onera gemeinsam mit dem Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Swedish Space Corporation, dem Finnischen Meteorologischen Institut, der Universität Groningen, dem King’s College London, dem British Antarctic Survey sowie dem Jet Propulsion Laboratory der NASA zusammen. Die Finanzierung erfolgt hauptsächlich durch CNES, CNRS und ESA, mit einem Beitrag von Eumetsat sowie dem DLR.

Deutsch-Französische Klimamission MERLIN

Der deutsch-französische Kleinsatellit MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission) ist eine Klimamission, die das Treibhausgas Methan in der Erdatmosphäre beobachten soll. Mit Hilfe eines Lidar-Instruments (Light Detecting and Ranging) wird MERLIN ab dem Jahr 2027 aus einer Höhe von rund 500 Kilometern das Treibhausgas in der Erdatmosphäre aufspüren und überwachen. Ziel der dreijährigen Mission ist unter anderem die Erstellung einer globalen Weltkarte der Methankonzentrationen. Außerdem soll die Mission Aufschluss darüber geben, in welchen Regionen der Erde Methan in die Atmosphäre eingebracht wird (Methanquellen) und in welchen Gebieten es ihr wieder entzogen wird (Methansenken).

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Quelle: RUAG Corporate Services AG.

Zürich, 5. Mai 2021 – Der Prototyp für die Mission „Arctic Weather Satellite“ (AWS), die derzeit von der ESA mit OHB Schweden als Mission Prime entwickelt wird, ist der Vorläufer einer möglichen Satellitenkonstellation, die einen nahezu konstanten Strom von Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten von jedem Punkt der Erde aus liefern würde. Damit wären erstmals sehr kurzfristige Wettervorhersagen – das so genannte „Nowcasting“ – in der Arktis möglich und könnten Stürme oder extreme Wetterbedingungen besser vorhersagen. OHB Schweden leitet das Industriekonsortium für die AWS-Mission. Omnisys Instruments in Schweden ist der Hauptauftragnehmer für das Instrument, von dem RUAG Space nun den Auftrag erhalten hat, das Stromversorgungssystem für das Radiometer-Instrument des Prototyps zu liefern, einschließlich Konstruktion, Fertigung, Tests und Lieferung.

Verbesserung der Wettervorhersage in der Arktis
Heute liefern Satelliten, sowohl in der geostationären als auch in der polaren Umlaufbahn, eine Fülle von Informationen, die Meteorologen routinemäßig zur Wettervorhersage nutzen. Die Überwachung der Arktis bleibt jedoch unzureichend. Bislang sind nur lückenhafte Wetterdaten für die Polarregionen verfügbar. Einer der Gründe dafür ist, dass geostationäre Wettersatelliten in hohen Breiten nur eine begrenzte Abdeckung haben. Zwar werden auch von Wettersatelliten auf polaren Umlaufbahnen Messungen durchgeführt, da diese aber alle Breitengrade überfliegen, ergeben sich relativ große Zeitabstände zwischen den einzelnen Datenpunkten. Atmosphärische Parameter sind jedoch ständigen Veränderungen unterworfen, weshalb für präzise Wettervorhersagen Daten mit hoher zeitlicher Auflösung benötigt werden. Die polarumlaufende AWS-Mission ergänzt die Daten bestehender Satellitensysteme wie MetOp oder dessen US-amerikanisches Pendant, das Joint Polar Satellite System (JPSS). Sie liefert globale Messungen der atmosphärischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit mit häufigen Wiederholungsmessungen, die zur Verbesserung der Wettervorhersagen, insbesondere in der Arktis, beitragen werden. Zu diesem Zweck wird der AWS-Satellit ein 19-kanaliges, spurübergreifendes Mikrowellenradiometer tragen, das die notwendigen hochauflösenden Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen der Atmosphäre unter allen Wetterbedingungen liefert.

„New Space“-Ansatz mit agilen, kostengünstigen Produktionsmethoden
Mit der Mission setzt die ESA auf den New Space-Ansatz. Anders Linder, Leiter der Produktgruppe Elektronik bei RUAG Space, kommentiert: „Was AWS als ESA-Projekt auszeichnet, ist, dass es den New Space Arbeitsansatz verfolgt. Das bedeutet, dass kostengünstige Komponenten in Automobilmanier verwendet und agile Entwicklungsmethoden angewandt werden. Unser Team ist fest entschlossen, zu zeigen, was durch die Anwendung eines hochmodernen Ansatzes hier erreicht werden kann. Wir freuen uns darauf, die Herausforderung mit unserem Kunden Omnisys Instrument Sweden anzupacken und mit dem gesamten AWS-Konsortium für eine erfolgreiche Mission zusammenzuarbeiten.“

Das Power System von RUAG Space soll im vierten Quartal 2022 ausgeliefert werden. Der Start des etwa 120 Kilogramm schweren Prototypsatelliten ist für 2024 geplant. Auf den jetzt bestellten Prototyp soll eine Konstellation von 16 AWS-Satelliten folgen. Vorbehaltlich einer Folgeentscheidung nach dem Prototyp würde die Konstellation mit EUMETSAT, der europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, nach dem bei Meteosat und MetOp bewährten Kooperationsmodell umgesetzt werden.

Über RUAG Space
RUAG Space, mit Hauptsitz in Zürich, ist der führende Zulieferer der Raumfahrtindustrie in Europa mit einer wachsenden Präsenz in den USA. Rund 1300 Mitarbeiter in sechs Ländern (Schweiz, Schweden, Österreich, Deutschland, USA und Finnland) entwickeln und fertigen Produkte für Satelliten und Trägerraketen – sowohl für den institutionellen als auch den kommerziellen Raumfahrtmarkt. RUAG Space ist Teil von RUAG International, einem Schweizer Technologiekonzern mit Produktionsstandorten in 14 Ländern, der in vier Divisionen unterteilt ist: Space, Aerostructures, MRO International und Ammotec. RUAG International beschäftigt rund 6.500 Mitarbeiter, von denen etwa zwei Drittel außerhalb der Schweiz arbeiten. www.ruag.com

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• Vertrag über Arctic Weather Satellite unterzeichnet (9. März 2021)

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• AWS – Arctic Weather Satellite

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Quelle: DLR.

Wie ein Schutzmantel breitet sich die Ozonschicht über uns aus und absorbiert einen Großteil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne. Wenn die Schutzschicht jedoch so dünn wird, dass sie den Normalwert um etwa ein Drittel unterschreitet, dann spricht man von einem „Ozonloch“. Erstmals zeigt sich nun ein Ozonloch in voller Ausprägung über der Arktis, wie Atmosphärenforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beobachtet haben. Unterschritten wurde der kritische Ozonwert von 220 Dobson Einheiten – normalerweise kommt das in der Polregion nur im Frühling in der Antarktis vor, nicht aber in der Arktis auf der Nordhalbkugel.

Die aktuelle Analyse der Ozonschicht zeigt, dass der Ozonabbau in der Arktis durch die außergewöhnlich langanhaltenden und starken Polarwinde in den letzten zwei Monaten begünstigt wurde. Damit jedoch ein klassisches Ozonloch über dem Polarkreis entsteht, müssen verschiedene chemische und dynamische atmosphärische Vorgänge miteinander zusammenwirken.

Wie das Ozonloch entstanden ist

Zwischen Anfang Februar und Mitte März stellte der Polarwirbel über der Arktis neue Rekorde auf – das jahreszeittypische Tiefdruckgebiet in der Stratosphäre war extrem stark, stabil und kalt: In 30 Kilometer Höhe wurden zonale Windgeschwindigkeiten von mehr als 50 Meter pro Sekunde gemessen und die Temperaturen in 20 Kilometer Höhe sanken auf Werte von etwa Minus 80 Grad Celsius. Da bis etwa März Polarnacht herrscht und die Sonne nicht scheint, haben sich die Luftmassen in der Stratosphäre in den letzten Wochen und Monaten entsprechend stark abgekühlt. So konnten sich vermehrt „Perlmuttwolken“ bilden. An diesen polaren Stratosphärenwolken laufen zahlreiche chemische Reaktionen ab, sodass sie auch eine Grundvoraussetzung für die Verarbeitung des atmosphärischen Ozons schaffen.

Wenn die Sonne in der Polregion im Frühling langsam aufgeht und somit die notwendige Energie für die Reaktionsprozesse liefert, beginnt der Ozonabbau. Das Ozon wird dann durch die immer noch hohen Chlorkonzentrationen in der Atmosphäre abgebaut, welche von FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffen) verursacht wurden. Dieser gesamte Prozess hat derzeit in der Arktis zur Konsequenz, dass sich innerhalb des Polarwirbels ein Ozonloch ausgebildet hat. Der Bereich der stark reduzierten Ozonwerte reicht bis etwa 60 Grad nördlicher Breite. Die Gründe, dass sich das Ozonloch derzeit in der Arktis ausbildet sind also zum einen der außergewöhnlichen Dynamik der Stratosphäre in diesem Winter geschuldet, zum anderen der immer noch hohen atmosphärischen Chlorkonzentration.

Wird sich die Ozonschicht erholen?

Dank der internationalen Maßnahmen zum Schutz der Ozonschicht, ist seit einigen Jahren eine generelle Erholung der Ozonschicht sichtbar. „Aus heutiger Sicht und bei strenger Einhaltung der bestehenden Schutzmaßnahmen können wir davon ausgehen, dass sich bis Mitte dieses Jahrhunderts die Ozonschicht wieder vollständig erholen wird, auch in den Polarregionen“, sagt Prof. Dr. Martin Dameris vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre.

Das betrifft insbesondere die Einhaltung des „Montreal Protokolls“ aus dem Jahr 1987 wie auch den folgenden Umweltabkommen der Vereinten Nationen. Das Verbot der Produktion und Nutzung von FCKW und anderen Ozon-zerstörenden Substanzen hat bewirkt, dass die atmosphärischen Konzentrationen dieser Stoffe mit 20 Prozent seither deutlich zurückgegangen sind.

Trotzdem sind auch heute noch erhöhte FCKW-Gehalte in der Atmosphäre vorhanden. Der Chlorgehalt in der Stratosphäre ist noch relativ hoch, da die Flourkohlenwasserstoffe eine sehr lange Lebenszeit von mehreren Jahrzehnten haben. Unter entsprechenden meteorologischen Bedingungen können dadurch weiterhin Ozonlöcher entstehen, wie die neue Situation in der Arktis zeigt.

„Wir überwachen die Atmosphäre laufend und dokumentieren die Entwicklung der Ozonschicht. Dadurch können wir besondere Situationen wie jetzt in der Arktis wissenschaftlich erklären. Mit Hilfe von Satellitendaten können wir aber auch die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen überprüfen und gegebenenfalls weitere Handlungsempfehlungen ableiten“, ergänzt Dameris. Die Atmosphärenforscher des DLR behalten die Ozonschicht und die globalen Klimaveränderungen somit weiter fest im Blick.

Was ist ein Ozonloch?

Das Ozon in der Atmosphäre befindet sich zu rund 90 Prozent in einer Höhe zwischen 15 und 30 Kilometer. Als „Ozonschicht“ erfüllt das Spurengas dort eine wichtige Schutzfunktion, indem es einen Großteil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne absorbiert. Um die Ozongesamtmenge in der Atmosphäre über einem bestimmten Ort zu messen, nutzt man die sogenannte „Dobson Einheit“ (engl. Dobson Unit, DU). Eine Ozonschicht mit dem Wert von 100 Dobson Einheiten entspricht einer 1 Millimeter dicken Säule, die aus reinem Ozon besteht. Sobald dieser Messwert unter 220 DU sinkt, spricht man von einem „Ozonloch“. Die Ozonschicht ist dann mindestens 30 Prozent dünner als normal.

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• Ozonloch

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Quelle: ESA.

6. August 2019 – Die rasante Veränderung des Klimas in der Arktis ist nicht nur auf schmelzende Gletscher und rückläufiges Meereis zurückzuführen, sondern auch auf dünnere Eisschichten auf Seen. Mit bildgebenden Sensoren und herkömmlichen Satellitenbeobachtungen können diese zwar leicht überwacht werden, doch mit Hilfe von CryoSat kann nun auch die Meereisdicke gemessen werden – ein weiterer Indikator für den Klimawandel.

Bestimmung der Eisdicke für die Sicherheit
CryoSat ist einer der Earth Explorer-Satelliten der ESA und trägt den ersten Radarhöhenmesser seiner Art. Das Instrument wird üblicherweise zur Bestimmung der Dicke von Meereis im Ozean und zur Überwachung von Veränderungen großer Eisschilde an Land verwendet, die einen Nachweis für das abnehmende Polareis auf der Erde erbringen.

Die Seen in den arktischen und sub-arktischen Regionen Nordamerikas machen etwa 15% bis 40% der Landschaft aus und spielen eine wichtige Rolle für das regionale Klima. Sie sind außerdem eine lebenswichtige Ressource für die Gesellschaft und ein wichtiger Lebensraum für Wassertiere.

Die Kenntnis der Eisdicke ist wichtig für die Beurteilung der Sicherheit, wenn sie als Plattform für Aktivitäten wie Angeln, Jagen und Reisen genutzt wird. Die Überwachung von Veränderungen der Wassermenge und des Wasserstandes ist auch für die Versorgung mit Wasser für den häuslichen, gewerblichen und industriellen Gebrauch wichtig.

Höhenmesser von CryoSat misst Eisdicke in Kanada
Zum ersten Mal wurde der Höhenmesser von CryoSat verwendet, um die Eisdicke im Great Slave Lake und im Great Bear Lake im Northwest Territory of Canada zu messen. Wissenschaftler der University of Alberta und der York University haben ihre Ergebnisse in einem Beitrag dokumentiert, der im Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Geoscience and Remote Sensing veröffentlicht wurde.

Der Great Slave Lake und der Great Bear Lake wurden wegen ihrer flachen und glatten Eisflächen ausgewählt. Den Wissenschaftlern gelang es, Radarreflexionen sowohl von eisfreien als auch von eisbedeckten Gebieten zu unterscheiden. Durch den Abzug der Übertragungszeiten der Radarsignale zwischen Eisoberfläche und Eisboden konnte die Dicke des auf dem See schwimmenden Eises gemessen werden.

Saisonale Veränderungen und Zyklen der Eisdicke untersuchen
Die Distanz zwischen den beiden Reflexionen vergrößerte sich im Winter, was der saisonalen Verdickung des Meereises entspricht, und wurde dann mit In-situ-Bohrlochmessungen genau validiert.

Christian Haas von der Universität Bremen (früher York und Alberta) sagte: „Dank CryoSat können wir saisonale Veränderungen und Zyklen der Eisdicke sowie Volumen und Schwankungen für viele andere kleinere Seen in der Subarktis untersuchen.

„Obwohl wir uns entschieden haben, die beiden größten Seen der Region zu untersuchen, kann die gleiche Methode auf viele andere kleinere Seen angewendet werden.

„Neben der Überwachung der Eisdicke könnte die Methode auch dazu verwendet werden, den Wasserstand und die Menge der Seen im Winter zu ermitteln.“

Jerome Bouffard, der Datenqualitätsmanager von CryoSat, sagt: „Wir freuen uns, dass CryoSat solche Ergebnisse liefert. Die Daten liefern wichtige Informationen über mehrere Oberflächen, die für das Verständnis der Wissenschaftler über die Rolle von Eis auf lokaler und globaler Ebene unerlässlich sind“.

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