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Neuseeländisch-deutsche Zusammenarbeit in der Atmosphärenforschung.
Wo unberührte und verschmutzte Luftmassen abwechselnd ihre Spuren in der Atmosphäre hinterlassen: Start des Feldexperimentes „goSouth-2“ in Neuseeland zur Untersuchung der Auswirkungen von Luftverschmutzung auf die Entwicklung von Wolken.
Invercargill/Leipzig. In Sachen Wolken ist die Region im äußersten Süden Neuseelands weltweit einzigartig: Es ist eine der unberührtesten, saubersten und dennoch zugänglichen Regionen der Welt. Ein internationales Konsortium mit Beteiligung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und der Universität Leipzig wird deshalb die Wolken in dieser Region während der Kampagne „goSouth-2“ eineinhalb Jahre lang detailliert untersuchen. Eingebettet in goSouth-2 wird das von der Deutsche Forschungsgemeinde geförderte Project ACADIA insbesondere den Einfluss von kleinen Änderungen in der Luftqualität auf die Wolkenbildung untersuchen. Die Fernerkundungsbeobachtungen vom Boden aus sind eine wichtige Verbindung zwischen der Flugzeug-Mission „HALO-South“ des deutschen Forschungsflugzeugs HALO im September-Oktober 2025 und den für 2027/28 geplanten Expeditionen der deutschen Forschungsschiffe Sonne und Polarstern, die alle die Atmosphäre des Südlichen Ozeans am Rande der Antarktis untersuchen werden. Maßgeblich an den Projekten beteiligt sind auch der neuseeländische Wetterdienst MetService und die University of Canterbury in Christchurch.
Saubere Luft des Südens als Herausforderung für Klimamodelle
In Bezug auf Luftverschmutzung und die darin enthaltenen Aerosolpartikel ist die Region an der Südspitze der Südinsel Neuseelands weltweit einzigartig: Es ist eine der unberührtesten und dennoch zugänglichen Regionen der Welt. Die Wolken sind dort hauptsächlich vom Meer beeinflusst, wenn die Luftmassen aus dem Süden von der Antarktis und dem Südlichen Ozean in Richtung Neuseeland ziehen. Große kontinentale Emissionsquellen wie Mineralstaub, Waldbrandrauch oder menschengemachte Beiträge aus Industrie und Verkehr existieren entlang dieser Zugbahn nicht. Andererseits gibt es aber auch Episoden mit staubhaltiger und durch Menschen verschmutzter Luft, wenn sich die Luftmassen über Australien nach Neuseeland bewegen oder in großen Höhen Waldbrandrauch aus Afrika oder gar aus Südamerika herantransportiert wird. Es sind vermutlich die großen Kontraste in der Luftbelastung, die Wetter- und Klimamodelle vor bisher ungelöste Herausforderungen stellen. Nach wie vor ist die Qualität der Bewölkungsvorhersagen über der Südhalbkugel der Erde schlechter als für die nördliche Hemisphäre. Im Verdacht steht die dort vorherrschende saubere Luft mit einem Mangel an Aerosolpartikeln, die als sogenannte Nukleationskeime für Wolkentropfen oder Eiskristalle benötigt werden. „Weil häufig Messdaten aus der südlichen Hemisphäre fehlen, werden die für Neuseeland (in der Maori-Sprache Aotearoa, "Land der langen weißen Wolke", genannt) verwendeten Modelle häufig mit Daten aus anderen Regionen, insbesondere aus der Nordhemisphäre, kalibriert, was zu Fehlern führt, die sich auf wichtige Entscheidungen zur Klimaresilienz auswirken“, erklärt Prof. Adrian McDonald von der University of Canterbury in Christchurch (Ōtautahi). Die Simulationen der Wolken im Gebiet des Südlichen Ozeans enthalten somit zu viele Wolkentropfen und Eiskristalle. Ein Fehler, der sich auf die Niederschlagsvorhersage und die Bestimmung der Energiebilanz der Atmosphäre und des Ozeans in dieser Region fortpflanzt. Der Süden Neuseelands ist der ideale Ort, um den Ursachen für die ungenauen Wettervorhersagen auf den Grund zu gehen und ein besseres Verständnis der Zusammenhänge zwischen Luftverschmutzung und der Bildung von Wolken und Niederschlag zu gewinnen.
Sieben Jahre Vorbereitung für große Messkampagnen am Rande des Südlichen Ozeans
Seit 2018 laufen die Vorbereitungen für das große Atmosphärenforschungsprojekt, mit dem in den kommenden Monaten detaillierte Daten von Aerosolen, Wolken und Niederschlägen gesammelt werden, die die globale Klimamodellierungsgemeinschaft dringend benötigt. Die Kampagne trägt den Namen „goSouth-2“, weil es 2022 bereits eine erste Testkampagne „goSouth“ zusammen mit dem National Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA) in Neuseeland gegeben hat. Drei Container mit Fernerkundungsgeräten wurden im April von Leipzig aus ans andere Ende der Welt nach Invercargill verschifft. Darin sind u.a. die mobile Aerosol- und Wolkenfernerkundungsanlage LACROS vom TROPOS und ein Wolkenradar der Universität Leipzig. LACROS, das „Leipzig Aerosol and Cloud Remote Observations System“, umfasst ein umfangreiches Set an Radar- und Lidar-Messgeräten, die mittels Radar- und Lichtpulsen die Verteilung von Aerosolen und Wolken über dem Messort bestimmen können. „Wir tasten mehrmals pro Minute die Verteilung und die Bewegung von Aerosol- und Wolkenpartikeln in der Atmosphäre über uns mit einer Genauigkeit von wenigen Metern ab. Dadurch können wir die verschiedenen Bestandteile wie Eiskristalle, Wolkentropfen oder die verschiedenen Aerosoltypen voneinander unterscheiden. Das bildet die Grundlage aller nachfolgenden Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken“, erklärt Dr. Patric Seifert vom TROPOS. „Da die eingesetzten Radare auch Profile von Niederschlagspartikeln erfassen, lässt sich zudem der Einfluss der unterschiedlichen Luftmassen auf die Regenbildung untersuchen“, so Prof. Heike Kalesse-Los von der Universität Leipzig. „Einzigartig für die gesamte Südhalbkugel der Erde ist dabei das neue Fluoreszenzlidar PollyXT, mit dem sich erstmals biologische Partikel wie Pollen oder Waldbrandrauch von Industrieverschmutzung oder vulkanischem Aerosol unterscheiden lassen“, betont Dr. Ronny Engelmann.
Kooperation mit dem neuseeländischen Wetterdienst 'MetService'
Die Forschenden vom TROPOS werden während der kommenden Monate am Atmosphärenobservatorium des MetService in Invercargill, nahe des Flughafens, arbeiten. Während der goSouth-2 Kampagne wird diese Station ein für die Region einmaliges Set an Beobachtungsinstrumenten umfassen: Neben den Fernerkundungsgeräten von LACROS werden auch drei In-situ-Messgeräte zum Einsatz kommen, um die Anzahl- und Größenverteilung des bodennahen Aerosols und dessen Eignung als Keim für Wolkentropfen oder Eiskristalle zu untersuchen. Der Standort des Observatoriums ist ideal für das Projekt, da dort werden bereits langjährige meteorologische Bodenbeobachtungen und täglich zwei Radiosonden-Starts (Wetterballons) durchgeführt werden. Die Kooperation von TROPOS und dem MetService wurde im Frühjahr 2024 beschlossen, als eine Delegation des TROPOS und NIWA verschiedene mögliche Standorte für die „goSouth-2“-Kampagne untersuchte und sich letztlich für die nun gewählte Station in Invercargill entschied. „Die bereits seit Jahrzehnten an unserer Station in Invercargill stattfindenden Wetteraufzeichnungen und Radiosondenmessungen durch die Instrumente des TROPOS ergänzen sich optimal, um das Verständnis über die Atmosphäre in dieser Region zu verbessern“, betont Kevin Alder, Verantwortlicher für Beobachtungssysteme beim MetService.
Kontraste als Schlüssel zum Verständnis der Wolken des Südens
Der Ort an der Südspitze der Südinsel ist ideal, um die ursprüngliche saubere Luft aus der Antarktis und vom südlichen Ozean zu charakterisieren. Trotzdem rechnen die Forschenden in etwa 25 Prozent der Zeit mit Luftmassen aus Australien, die stärker mit Aerosolpartikeln belastet sind. „Dieser Kontrast wird uns detaillierte Vergleiche erlauben wie bereits eine erste Analyse von Langzeit-Lidarmessungen aus Lauder, Neuseeland zeigen konnte“, erklärt Patric Seifert. Ziel von „goSouth-2“ ist eine detaillierte Kontraststudie der Wolkeneigenschaften in sauberer antarktischer Luft gegenüber Wolken in aerosolbelasteter australischer Luft. Eine derartige Untersuchung ist der Schlüssel zu einem besseren Verständnis der möglichen Variabilität von Wolken unter wechselnden Aerosolbedingungen. Dazu hat das Team um Patric Seifert und Heike Kalesse-Los von der Universität Leipzig eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für das Projekt „ACADIA“ erhalten, dank dessen sich zwei Doktorand:innen drei Jahre lang allein auf die für das Projekt nötigen Forschungsarbeiten konzentrieren können. „Wir werden zum Beispiel untersuchen wie Wolkentröpfchen und Eispartikel mit der Sonnenstrahlung interagieren und so das Klima in dieser Region beeinflussen. Dazu werden wir mithilfe von Ansätzen des maschinellen Lernens die Thermodynamik der Wolken abschätzen und die kurzwelligen Strahlungseffekte dieser Wolken über dem Südlichen Ozean simulieren, damit die dortigen Wolken in den Klimamodellen in Zukunft besser berücksichtigt werden können“, erläutert Heike Kalesse-Los.
„Unsere Partner vor Ort haben uns bei der Vorbereitung stark unterstützt. Ohne die Teams von Prof. Adrian McDonald (Universität Canterbury) und Dr. Guy Coulson (The Air Quality Collective) wäre die aufwändige Logistik der Kampagne wie zum Beispiel Standortsuche oder Zollformalitäten nicht zu realisieren gewesen. Wir sind sehr froh, dass es dank ihrer Hilfe jetzt endlich losgehen kann“, berichtet Patric Seifert. Die neuseeländischen Partner werden von ihrem Ministerium für Wirtschaft, Innovation und Beschäftigung (MBIE) finanziert, um Teile der „goSouth-2“-Kampagne zu unterstützen und für eigene Studien zu benutzen: So erhielten sie im März 2025 einen „MBIE Catalyst Strategic Grant“ zur Unterstützung von Referenzmessungen und Flugplanungen für HALO-South und im Juni 2025 einen „MBIE Smart Ideas Grant“, der zur Unterstützung verbesserter Klimaprognosen für Neuseeland (Aotearoa) verwendet wird.
Begleitende Bodenmessungen der Universität Leipzig
Die Forschenden der Universität Leipzig werden neben der Zusammenarbeit im ACADIA-Projekt während der kommenden Monate die „HALO-South“-Flugkampagne mit zusätzlichen Messungen am Tāwhaki National Aerospace Center, 35 km südlich von Christchurch an der Ostküste der Südinsel von Neuseeland begleiten. Das Wolkenradar LIMRAD94 der Universität Leipzig wurde mit den TROPOS-Containern nach Neuseeland verschifft. Die Station bei Tāwhaki wird auch durch Equipment der University of Canterbury in Christchurch verstärkt. Zu den zusätzlichen Messgeräten gehören ein Doppler Lidar, ein Ceilometer, und ein Mikroregenradar. Außerdem werden an jedem Flugtag von HALO mehrere Radiosonden (Wetterballons) von Tāwhaki aus gestartet. Die Bodenmessungen am Flughafen Invercargill (Waihōpai) und am Tāwhaki National Aerospace Centre sind zudem auch Teil des EU-Projekts CleanCloud, das die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken untersucht, um das Verständnis der Klimadynamik in einer sich ständig verändernden Welt zu verbessern. Die Messungen sind außerdem eingebunden in die Arbeiten des Leibniz-WissenschaftsCampus "Rauch und Bioaerosole im Klimawandel" (LSC BioSmoke), der die Zusammenhänge zwischen Waldbränden und Klimawandel erforscht. All diese Projekte werden zudem umfangreich auf den Datensatz des 2024 gestarteten ESA-Satelliten EarthCARE zurückgreifen, der die gesamte Erde umspannt. Die Daten dieser kombinierten Lidar- und Radar-Station im All sind essentiell, um die lokalen Messungen aus Neuseeland mit den Bedingungen in anderen Regionen der Erde in einen Zusammenhang zu bringen.
Auftakt für intensive Kooperationen Deutschland-Neuseeland
Die Messungen in Invercargill und Tāwhaki bilden eine wichtige Komponente des Netzwerkes aus mehreren Forschungsprojekten, die sich mit der Wechselwirkung von Aerosol und Wolken in der Region um Neuseeland beschäftigen und die rechtzeitig vor Beginn einer aufwendigen Flugkampagne mit den Messungen starten: Im Rahmen der Mission „HALO-South“ des deutschen Forschungsflugzeugs HALO werden die Forschenden ab September unter Leitung des TROPOS das Zusammenspiel von Wolken und Aerosolen über dem Südlichen Ozean untersuchen. Dazu wird HALO fünf Wochen lang von Christchurch aus Messflüge über den Ozeanen der sauberen Südhalbkugel der Erde unternehmen. Die Mission in Neuseeland ist eine Premiere: Nie zuvor hat ein deutsches Forschungsflugzeug den Südpazifik und das angrenzende Südpolarmeer in dieser Region untersucht. Für die Mission „HALO-South“ sind 176 Flugstunden geplant. Vor Ort werden rund 50 Forschende sein vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), dem Leipziger Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), der Goethe-Universität Frankfurt (GUF), dem Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) Mainz, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Institut für Physik der Atmosphäre des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Forschungszentrum Jülich (FZJ).
Die Mission HALO-South und die Bodenmessungen von „goSouth-2“ bilden nur den Auftakt zu einer Reihe intensiver Kooperationen im Bereich der Atmosphärenforschung zwischen Deutschland und Neuseeland. Zur Anerkennung der Kooperationen und den Start der Forschungsaktivitäten sind in Invercargill und Christchurch feierliche Anlässe geplant. Am 3.9.25 wird auf dem Gelände des MetService in Invercargill eine öffentliche Veranstaltung zum Start der „goSouth-2“ Feldmesskampagne erfolgen. Am 10.10.25 wird es im Rahmen von HALO-South in Christchurch (Ōtautahi) einen Empfang für geladene Gäste geben. Und am 11.10.25 wird sich das HALO-Team am Explorers' Day beteiligen, bei dem namhafte nationale und internationale Wissenschaftsorganisationen ihre Forschung Jung und Alt vorstellen. Die Untersuchungen rund um die Antarktis sollen 2027-2030 im Rahmen des großen internationalen Forschungsprojektes „Antarctica InSync“ mit einer Reihe von Expeditionen in die Antarktis und den Südlichen Ozean fortgesetzt werden, für die aktuell die Planung läuft und bei der Atmosphärenforschung ebenfalls eine wichtige Rolle spielen wird. Tilo Arnhold
Dr. Patric Seifert
wissenschaftlicher Mitarbeiter, Abteilung Fernerkundung atmosphärischer Prozesse, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)
Tel. +49-341-2717-7080 (NZ = MESZ+10h = 23:00-10:00 MESZ !)
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/patric-seifert
und
Prof. Heike Kalesse-Los
AG Fernerkundung und Arktisches Klimasystem, Institut für Meteorologie, Universität Leipzig
Tel. +49-341-97-36650 (NZ = MESZ+10h = 23:00-10:00 MESZ !)
https://www.physes.uni-leipzig.de/institut-fuer-meteorologie/forschung/arbeitsgr...
und
Kevin Alder
General Manager, Observing Systems at MetService
Tel: +64 27 570 0720
https://www.metservice.com/
und
Prof. Adrian McDonald
University of Canterbury, School of Physical & Chemical Sciences, Faculty of Science
https://profiles.canterbury.ac.nz/Adrian-McDonald
und
Dr. Guy Coulson
The Air Quality Collective
https://www.theairqualitycollective.org/about-us/
oder
Tilo Arnhold
Öffentlichkeitsarbeit, TROPOS
Tel. +49-341-2717-7189
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/
https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/neuseelaendisch-deuts...
Der grüne Laserstrahl des PollyXT-Lidarsystems der LACROS-Station am Nachthimmel von Invercargill.
Quelle: Patric Seifert, TROPOS
Copyright: Patric Seifert, TROPOS
Die Messstation LACROS nach ihrer Installation auf dem Gelände von MetService New Zealand in Inverca ...
Quelle: Patric Seifert, TROPOS
Copyright: Patric Seifert, TROPOS
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Geowissenschaften, Meer / Klima, Physik / Astronomie, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsprojekte, Kooperationen
Deutsch
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