De rook van de extreme bosbranden aan de Amerikaanse westkust in september 2020 reisde over vele duizenden kilometers naar Centraal-Europa, waar het de atmosfeer dagenlang bleef beïnvloeden. Een vergelijking van grond- en satellietmetingen laat nu zien:de bosbrandaërosol verstoorde de vrije troposfeer boven Leipzig in Duitsland als nooit tevoren. Een evaluatie door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) onthulde op 11 september 2020 een buitengewone optische dikte, die het zonlicht met een derde dempte. De studie, gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven, is de eerste publicatie die laat zien dat ESA's nieuwe Aeolus-satelliet niet alleen op betrouwbare wijze wereldwijde windprofielen kan meten, maar ook aerosolen in de atmosfeer, zoals werd aangetoond door Aeolus-metingen te vergelijken met lidar-metingen vanaf de grond. Het Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) van de Universiteit van Toulouse, het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR) en de European Space Agency (ESA) waren betrokken bij het onderzoek.

Sinds augustus 2018, een nieuw type onderzoekssatelliet draait om de aarde, genoemd naar een Griekse windgod - Aeolus. Het doel van Aeolus is om actief wind vanuit de ruimte te meten en zo de weersvoorspelling te verbeteren. Aan boord van deze satelliet van de European Space Agency (ESA) bevindt zich het Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN), een krachtige laser. ALADIN is het eerste instrument in de ruimte dat actief verticale profielen van windsnelheid kan meten. Het maakt gebruik van het principe van een lichtradar (kort:Lidar uit "LIght Detection And Ranging"). Er wordt een signaal uitgezonden en de reflectie geeft informatie over locatie en afstand. Het Doppler-effect wordt vervolgens gebruikt om de windsnelheid op verschillende hoogten in de atmosfeer te meten.

Om de lasermetingen in de ruimte te valideren, ze worden vergeleken met lasermetingen vanaf de grond. Verschillende onderzoeksgroepen uit Duitsland zijn hierbij betrokken in het kader van het EVAA-initiatief (Experimentele validatie en assimilatie van Aeolus-waarnemingen). TROPOS, bijvoorbeeld, meet met zijn lidar-apparaten elke vrijdagavond en zondagochtend wanneer de Aeolus-satelliet boven Leipzig vliegt. De gegevens van grond en ruimte kunnen dan worden vergeleken. Op 11 september 2020, dit resulteerde in de zeldzame constellatie dat de buitengewone rookpluim van de Californische bosbranden zowel vanaf de grond als vanuit de ruimte boven Leipzig kon worden gemeten.

"Met behulp van revolutionaire lasertechnologie, Aeolus is momenteel de enige satelliet ter wereld die profielen van horizontale windsnelheid en de terugverstrooiing en uitdoving van aërosolen en wolken onafhankelijk kan meten. De satelliet geeft dus waardevolle informatie over de stralingseigenschappen van deze rookaerosolen, " benadrukt Dr. Sebastian Bley van TROPOS, die de afgelopen drie jaar betrokken is geweest bij het Aeolus-project in het ESRIN-onderzoekscentrum van de European Space Agency (ESA). "Naar verwachting zal deze unieke configuratie bijdragen aan verbeterde voorspellingen van dergelijke wereldwijde rookverspreiding, maar ook van het weer in het algemeen."

In september 2020, de hitte van de extreme bosbranden aan de Amerikaanse westkust voerde de rook naar grote hoogten. Eenmaal hoog, het werd vervolgens met de jetstream over Noord-Amerika en de Atlantische Oceaan naar Europa vervoerd. in Leipzig, Duitsland, de rooklaag verscheen in de ochtend van 11.09.2020 op een hoogte van circa 12 kilometer en zakte in de loop van de dag naar een hoogte van circa 5 kilometer. Dat blijkt uit de gegevens van de PollyXT-lidar bij TROPOS. Lidar-metingen in Leipzig bevestigden de sterke verzwakking van het directe zonlicht op deze vrijdag:"Het was - gemeten door de Aerosol Optical Thickness (AOT) - de sterkste invloed van bosbrandaerosol op de vrije troposfeer boven Leipzig ooit waargenomen sinds het begin van de reguliere lidar-waarnemingen in 1997, " meldt dr. Holger Baars van TROPOS.

"De vrije troposfeer is het gebied van de atmosfeer waarin het weer plaatsvindt, maar de directe invloed van de grond is laag. We konden een gemiddelde massaconcentratie van bosbrandaerosol van 8 microgram per kubieke meter tussen 4 en 11 km schatten. hoogte. Op het hoogtepunt was het zelfs 22 microgram per kubieke meter - dat is best opmerkelijk voor deze hoogten." Zaterdag en zondag waren mistige dagen ondanks een onbewolkte lucht. De UV-index van het Federaal Bureau voor Stralingsbescherming (BfS), onder andere, toonde ook aan hoe sterk de rooklagen de zonnestraling in Saksen dempten:het TROPOS-station in Melpitz bij Torgau registreerde op 12 september 's middags ongeveer een kwart minder UV-straling dan mogelijk zou zijn geweest bij heldere hemel. De ongebruikelijke toestand van de atmosfeer was bijzonder opvallend bij zonsondergang met een kenmerkend melkachtig geel licht.

De oorsprong van de rook konden de onderzoekers met een computermodel bevestigen:de achterwaartse simulatie bewijst dat de luchtmassa's die op 11 september om 12.00 uur op een hoogte van 8,5 km boven Leipzig arriveerden, afkomstig waren van de westkust van Noord-Amerika, waar dagen eerder hevige branden plaatsvonden. De frequentie en intensiteit van branden in Californië bleven toenemen in de eerste week van september, zoals blijkt uit satellietbeelden. Iets zwakkere branden werden waargenomen in Oregon, Washington en Montana. "Door de heersende winden, de reistijd van de rook van de Amerikaanse westkust naar Europa was slechts ongeveer 3 tot 4 dagen. De luchtmassa's maakten zelfs de ongeveer 3000 kilometer over de Atlantische Oceaan tussen Newfoundland en Ierland met hoge snelheid in slechts één dag (9 september), " legt Martin Radenz van TROPOS uit.

Aardobservatiesatellieten zijn de afgelopen decennia een belangrijk instrument geworden voor milieuonderzoek, klimaatverandering wereldwijd documenteren. Echter, de behoefte aan continue data enerzijds en de beperkte levensduur van satellieten anderzijds vormen grote uitdagingen voor onderzoek:een noviteit en katapulteert onderzoek naar interacties tussen aerosolen en wolken in een nieuw tijdperk, " onderstreept Dr. Ulla Wandinger. "De hier gepresenteerde resultaten laten zien dat Aeolus gedeeltelijk in staat is de kloof te overbruggen tussen NASA's CALIPSO-missie, die wordt uitgefaseerd, en de komende EarthCARE-missie."

EarthCARE is een gezamenlijke Japans-Europese missie die tot doel heeft de effecten van wolken en aerosoldeeltjes op het stralingsbudget van de aarde te bestuderen. De lancering van de satelliet staat gepland voor begin 2023. "Aeolus is ontworpen om wind te meten. Dat het ook gegevens over deeltjes levert, is een heel welkom bijproduct. in situaties waar de samenstelling van de aerosollagen minder duidelijk is, het zou handig zijn om ook de polarisatie te kunnen meten. Omdat het laserlicht anders wordt geroteerd wanneer het wordt gereflecteerd op mineraal stof, vulkanische as of bosbrandaerosol, het is gemakkelijker om te bepalen waar de deeltjes vandaan komen die de zonnestraling en wolkenvorming beïnvloeden. EarthCARE (Aarde Wolken, Aerosols en Radiation Explorer) zullen dit kunnen doen. We duimen dan ook stevig voor deze satelliet, " zegt Dr. Ulla Wandinger. Tilo Arnhold