Californisk røg drev så langt som til Europa i 2020 og forårsagede kraftig uklarhed af solen

Røgen fra de ekstreme skovbrande på den amerikanske vestkyst i september 2020 rejste over mange tusinde kilometer til Centraleuropa, hvor det fortsatte med at påvirke atmosfæren i dagevis bagefter. En sammenligning af jord- og satellitmålinger viser nu:Skovbrandaerosolen forstyrrede den frie troposfære over Leipzig i Tyskland som aldrig før. En evaluering foretaget af et internationalt forskerhold ledet af Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) afslørede en ekstraordinær optisk tykkelse den 11. september 2020, hvilket dæmpede sollys med en tredjedel. Studiet, udgivet i Geofysiske forskningsbreve, er den første publikation, der viser, at ESA's nye Aeolus-satellit ikke kun pålideligt kan måle globale vindprofiler, men også aerosoler i atmosfæren, som det blev vist ved at sammenligne Aeolus-målinger med lidar-målinger fra jorden. Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) ved universitetet i Toulouse, det tyske luftrumscenter (DLR) og den europæiske rumfartsorganisation (ESA) var involveret i undersøgelsen.

Siden august 2018, en ny type forskningssatellit har kredset om Jorden, opkaldt efter en græsk vindgud - Aeolus. Formålet med Aeolus er aktivt at måle vind fra rummet og dermed forbedre vejrudsigten. Om bord på denne satellit fra European Space Agency (ESA) er Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN), en højtydende laser. ALADIN er det første instrument i rummet, der aktivt kan måle vertikale profiler af vindhastighed. Den bruger princippet om en lysradar (kort:Lidar fra "LIght Detection And Ranging"). Der udsendes et signal, og reflektionen giver information om placering og afstand. Doppler-effekten bruges så til at måle vindhastigheden i forskellige højder i atmosfæren.

For at validere lasermålingerne i rummet, de sammenlignes med lasermålinger fra jorden. Flere forskningsgrupper fra Tyskland er involveret i denne indsats inden for rammerne af EVAA-initiativet (Experimental Validation and Assimilation of Aeolus observations). TROPOS, for eksempel, måler med sine lidar-apparater hver fredag ​​aften og søndag morgen, når Aeolus-satellitten flyver over Leipzig. Dataene fra jord og rum kan derefter sammenlignes. Den 11. september 2020, dette resulterede i den sjældne konstellation, at den ekstraordinære røgfane fra de californiske skovbrande kunne måles over Leipzig samtidigt fra jorden og fra rummet.

"Ved brug af revolutionerende laserteknologi, Aeolus er i øjeblikket den eneste satellit i verden, der uafhængigt kan måle profiler af horisontal vindhastighed samt tilbagespredning og udryddelse af aerosoler og skyer. Satellitten giver således værdifuld information om disse røgaerosolers strålingsegenskaber, " understreger Dr. Sebastian Bley fra TROPOS, som har været involveret i Aeolus-projektet ved European Space Agency (ESA) ESRIN-forskningscenter de seneste tre år. "Det forventes, at denne unikke konfiguration vil bidrage til forbedrede forudsigelser af en sådan global røgspredning, men også af vejret generelt."

I september 2020, varmen fra de ekstreme skovbrande på den amerikanske vestkyst transporterede røgen til store højder. En gang højt oppe, den blev derefter transporteret med jetstrømmen over Nordamerika og Atlanterhavet til Europa. I Leipzig, Tyskland, røglaget dukkede op i en højde på omkring 12 kilometer om morgenen den 11.09.2020 og sank til en højde på omkring 5 kilometer i løbet af dagen. Dette viser data fra PollyXT lidar hos TROPOS. Lidar-målinger i Leipzig bekræftede den stærke dæmpning af det direkte sollys på denne fredag:"Det var - målt ved Aerosol Optical Thickness (AOT) - den stærkeste påvirkning af skovbrandaerosol på den frie troposfære over Leipzig nogensinde observeret siden begyndelsen af ​​regelmæssige lidar observationer i 1997, " rapporterer Dr. Holger Baars fra TROPOS.

"Den frie troposfære er det område af atmosfæren, hvor vejret finder sted, men den direkte påvirkning fra jorden er lav. Vi var i stand til at estimere en gennemsnitlig massekoncentration af skovbrandaerosol på 8 mikrogram pr. kubikmeter mellem 4 og 11 km På toppen var det endda 22 mikrogram pr. kubikmeter - det er ret bemærkelsesværdigt for disse højder." Lørdag og søndag var disede dage trods skyfri himmel. UV-indekset for Federal Office for Radiation Protection (BfS), blandt andre, viste også, hvor kraftigt røglagene dæmpede solstrålingen i Sachsen:TROPOS-stationen i Melpitz nær Torgau registrerede omkring en fjerdedel mindre UV-stråling ved middagstid den 12. september, end det ville have været muligt under klar himmel. Atmosfærens usædvanlige tilstand var særligt slående ved solnedgang med et karakteristisk mælkegult lys.

Forskerne var i stand til at bekræfte røgens oprindelse ved hjælp af en computermodel:Baglænssimuleringen beviser, at de luftmasser, der ankom ved middagstid den 11. september i en højde af 8,5 km over Leipzig, stammede fra Nordamerikas vestkyst, hvor voldsomme brande fandt sted dage før. Hyppigheden og intensiteten af ​​brande i Californien fortsatte med at stige i løbet af den første uge af september, som satellitbilleder viser. Lidt svagere brande blev observeret i Oregon, Washington og Montana. "På grund af de fremherskende vinde, røgens rejsetid fra den amerikanske vestkyst til Europa var kun omkring 3 til 4 dage. Luftmasserne klarede endda de cirka 3000 kilometer over Atlanterhavet mellem Newfoundland og Irland med høj hastighed på kun én dag (9. september), " forklarer Martin Radenz fra TROPOS.

Jordobservationssatellitter er blevet et vigtigt redskab for miljøforskning i de seneste årtier, dokumentere klimaændringer globalt. Imidlertid, behovet for kontinuerlige data på den ene side og satellitternes begrænsede levetid på den anden side udgør store udfordringer for forskningen:"Måling af lidar-forholdet (et mål for backscatter-adfærd og dermed en indikation af aerosoltype) med Aeolus direkte fra rummet er en nyhed og katapulterer forskning i aerosol-sky-interaktioner ind i en ny æra, " understreger Dr. Ulla Wandinger. "Resultaterne præsenteret her viser, at Aeolus delvist er i stand til at bygge bro mellem NASAs CALIPSO-mission, som er ved at blive udfaset, og den kommende EarthCARE-mission."

EarthCARE er en fælles japansk-europæisk mission, der har til formål at studere virkningerne af skyer og aerosolpartikler på Jordens strålingsbudget. Satellitten er planlagt til opsendelse i begyndelsen af ​​2023. "Aeolus er designet til at måle vind. At den også leverer data om partikler er et meget velkomment biprodukt. i situationer, hvor sammensætningen af ​​aerosollagene er mindre klar, det ville være nyttigt at kunne måle polarisationen også. Da laserlyset roteres anderledes, når det reflekteres på mineralstøv, vulkansk aske eller skovbrand aerosol, det er lettere at afgøre, hvor de partikler stammer fra, der påvirker solstråling og skydannelse. EarthCARE (Earth Clouds, Aerosoler og Radiation Explorer) vil være i stand til at gøre dette. Vi krydser derfor også fingre for denne satellit, " siger Dr. Ulla Wandinger. Tilo Arnhold