Luftfahrt Forschungsflugzeug Halo misst Dynamik von Wettersystemen mit Lidar-Fernerkundungstechnik

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Damit sich zukünftig Wetterphänomene, die insbesondere im Winter zu Extremwetterereignissen führen, besser verstehen lassen, kommt im Rahmen der Messkampagne NAWDIC das Forschungsflugzeug Halo zum Einsatz. Mit Hilfe von Lidarmessinstrumenten des DLR untersucht es die Dynamik von Wettersystemen über dem Nordatlantik.

Anfang Januar fegte Sturmtief Elli durch Deutschland und sorgte mit starken Schneefällen und Glatteis in Schleswig-Holstein, Hamburg, Bremen, Niedersachsen sowie in Teilen Sachsens und Sachsen-Anhalts für erhebliches Verkehrschaos. Elli war jedoch kein außergewöhnliches Ereignis – Starkwinde, heftige Niederschläge und plötzliche Kälteperioden prägen die Winter in Europa. Viele dieser Extremwetterereignisse stehen im Zusammenhang mit Tiefdruckgebieten, die sich über dem Nordatlantik bilden. Wenn diese in Richtung Deutschland ziehen, kann es wie bei Elli zu Bahnausfällen, Straßenchaos und Schulschließungen kommen. Im Extremfall können Menschenleben gefährdet werden und millionenschwere Schäden entstehen.

Viele der physikalischen Prozesse, die zu Extremwetter in Europa führen, finden über dem Atlantik statt, eine Region, die mit konventionellen Messungen nur unzureichend abgedeckt wird und somit wissenschaftlich schwer zu untersuchen ist. Genau dort setzt die internationale Messkampagne „North Atlantic Waveguide, Dry Intrusion, and Downstream Impact Campaign“ (NAWDIC) an, die am 13. Januar 2026. Innerhalb von sechs Wochen soll hier die Datenlage aus dem Nordatlantik durch detaillierte flugzeug- und bodengebundene Beobachtungen verbessert werden. Eine wichtige Rolle spielt für dieses Vorhaben das Forschungsflugzeug Halo, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben wird.

Untersuchung nicht ausreichend verstandener Prozesse

Einen wissenschaftlichen Schwerpunkt der Untersuchungen bilden die Dry Intrusions. Das sind trockene, kühle Luftmassen, die aus der großen Höhe der Stratosphäre nach unten in die Troposphäre absinken und dadurch das Wetter beeinflussen. Besonders im Winter können sie zu starken Winden, Turbulenzen und intensiven Niederschlägen führen. Viele dieser Atmosphärenprozesse sind in heutigen Vorhersagemodellen allerdings noch nicht ausreichend abgebildet. „Im Rahmen von NAWDIC wollen wir bislang unzureichend verstandene Prozesse untersuchen, die winterliche Starkwetterereignisse verursachen und erhebliche Auswirkungen auf die Gesellschaft und Wirtschaft in Europa haben können. Dabei kombinieren wir innovative Messmethoden mit den einzigartigen Möglichkeiten, die uns das Forschungsflugzeug Halo bietet“, erklärt Dr. Andreas Schäfler vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre, der unter anderem die Koordination der Halo-Flüge im Rahmen von NAWDIC mitverantwortet. Ziel ist es, mit den Messungen die Dynamik in der nordatlantischen Atmosphäre besser zu verstehen, sodass die Vorhersagen künftig zuverlässiger und frühzeitiger erfolgen können.

Vertikale Profile zwischen Flugzeug und Erdoberfläche erfassen

Das Forschungsflugzeug ist für NAWDIC unter anderem mit Lidar-Fernerkundungstechnik des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre ausgestattet, um durchgängige vertikale Profile von Wind, Ozon und Luftfeuchtigkeit zwischen Flugzeug und Erdoberfläche zu erfassen. Es fliegt dabei in Flughöhen von bis zu 14 Kilometern. Dazu sind an Bord das Wasserdampf-Lidar Wales und das erstmals auf Halo eingesetzte Wind-Lidar Hedwig montiert. „Mit dem Einsatz dieser am DLR entwickelten Laser-Fernerkundungsinstrumenten in abgelegenen Regionen mit geringer Beobachtungsdichte demonstrieren wir nicht nur den Nutzen der Lidar-Technologie zur Ergänzung des globalen Beobachtungssystems, sondern auch die Eignung für zukünftige satellitenbasierte Lidar-Instrumente“, unterstreicht Dr. Andreas Fix vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Halo wird für die Dauer des Vorhabens am Flughafen im irischen Shannon stationiert. Von dort aus lässt sich ein weiter Bereich des Nordatlantik befliegen und somit der Wasserdampftransport und die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean äußerst weiträumig dokumentieren.

Hoher Planungsaufwand

Aus flugbetrieblicher Sicht stellen die Messflüge über dem Nordatlantik erhöhte Anforderungen an Planung und Durchführung. Der Luftraum ist durch täglich neu festgelegte transatlantische Verkehrsstrukturen, die NAT-Tracks, wie auch zusätzlichen Verkehr außerhalb dieser Routen geprägt und verfügt über keine durchgängige Radarabdeckung. Die DLR-Einrichtung Flugexperimente ist daher bereits im Vorfeld für die enge Abstimmung mit den zuständigen Flugsicherungszentren zuständig. Während der Flüge stellen die Piloten durch eine überwiegend datenbasierte Kommunikation die sichere und regelkonforme Einbindung der Forschungsmissionen in den Luftverkehr sicher.

Ergänzt werden die Flugzeugmessungen durch bodengebundene Beobachtungen mit dem KITcube, dem mobilen Atmosphärenbeobachtungssystem des KIT. Es ist bereits seit November 2025 in der Bretagne in Frankreich stationiert. Es besteht aus einem Netzwerk von Fernerkundungsinstrumenten, die die atmosphärischen Prozesse von einigen Metern bis zu zehn Kilometer Höhe erfassen können.

Erfolgreiches Zusammenspiel verschiedener Messkampagnen

Insgesamt sind im Rahmen von NAWDIC mehr als 100 Wissenschaftler in den kommenden Wochen im Einsatz, um die Flüge von Irland aus zu planen, durchzuführen, Messinstrumente zu betreuen und die Aktivitäten mit den Partnern zu koordinieren.

Durch die langfristige Planung über die letzten sechs Jahre in Koordination mit der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) gelang es, NAWDIC mit weiteren meteorologischen Messkampagnen in Nordamerika zu verknüpfen, die stromaufwärts die Wetterentwicklung beobachten. Im Januar und Februar 2026 sind inklusive Halo bis zu zehn Forschungsflugzeuge gleichzeitig vom Pazifik bis nach Europa im Einsatz. (se)

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