Messung der Luftqualität in Westafrika verspricht bessere Wetter- und Klimamodelle

Die Forscher des Projekts untersuchen den Einfluss anthropogener und natürlicher Emissionen auf die Zusammensetzung der Atmosphäre über Westafrika sowie auf die Gesundheit der Bevölkerung und den Zustand des Ökosystems untersuchen. Zu diesem Zweck analysierten sie mithilfe von Forschungsflugzeugen und Bodenstationen die westafrikanische Luft.

„Die Luft über der westafrikanischen Küstenregion stellt ein Gemisch aus verschiedenen Spurengasen, Flüssigkeiten und Partikeln dar, das für dieses Gebiet charakteristisch ist“, erklärt Professor Peter Knippertz vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das als Projektkoordinator fungiert. „Außerdem bilden sich in der Atmosphäre häufig mehrschichtige Wolkendecken, die sich deutlich auf das örtliche Wetter und Klima auswirken.“ Diese Partikel und Gase stammen von Monsunwinden mit Meersalz aus dem Süden, Saharawinden mit Staub aus dem Norden, Holzkohlefeuern und verbranntem Abfall in den Städten der Region sowie von Kraftwerken, dem Seeverkehr und von Bohrinseln und veralteten Motoren.

In Westafrika ist derzeit eine rasante Verstädterung festzustellen, und in nur wenigen anderen Regionen vermehrt sich die Bevölkerung so schnell wie dort. Zusammen mit dieser explodierenden Urbanisierung wirkt sich auch die unregulierte Entwaldung in vielen Ländern des Erdteils nachweislich sehr abträglich sowohl auf das Wetter als auch auf die allgemeine Luftqualität aus.

Koordinierung der Kampagne

Das Projektteam koordinierte vor Kurzem eine Messkampagne, um die gesamte Wirkungskette natürlicher und anthropogener Emissionen auf die westafrikanische Atmosphäre zu untersuchen. Im Juni und Juli 2016 wurden über Westafrika zielgerichtete Missionen durchgeführt, wofür drei Forschungsflugzeuge eingesetzt wurden – der „Falcon“ des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Twin-Otter-Propellerflugzeug „Ice Cold Katy“ des Forschungsprogramms „British Antarctic Survey“ und die ATR des „Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement“ (SAFIRE). Die verschiedenen Luftfahrzeuge wurden unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Vorteile auf verschiedene Weise genutzt, alle drei verfügten jedoch über vergleichbare Instrumente, mit denen umfassende Referenzdaten gesammelt werden konnten.

Luftschadstoffe verbleiben nicht an dem Ort, an dem sie entstehen, sondern breiten sich bis zu 300 km weit ins Landesinnere aus. Daher folgten die Flugzeuge der Schadstofffahne großer Küstenstädte wie Accra, Abidjan, Lomé und Cotonou vom Meer bis zu den landeinwärts gelegenen Wäldern und Savannen und zur Sahara. Im Rahmen der Kampagne richteten die Wissenschaftler auch drei umfassend ausgerüstete Messstellen im Landesinneren ein, maßen die städtischen Emissionen und werteten gesundheitsbezogene Daten aus. Die Klimaforscher des KIT waren hauptsächlich in Savé in Benin tätig, wo sie von der Messplattform „KIT cube“ Gebrauch machten.

Das System vereint Instrumente für alle relevanten meteorologischen Parameter und kann einen würfelförmigen Bereich in der Atmosphäre mit einem Volumen von etwa 10 x 10 x 10 km beobachten. Gleichzeitig wurde eine Wetterballon-Mission in vier westafrikanischen Ländern koordiniert. Dank spezieller Vorhersagen mit dem am KIT entwickelten COSMO-ART-Modell konnten die Messflüge und Ballonstarts optimal geplant werden.

„Überraschenderweise belegen die ersten Ergebnisse, dass die Schadstofffahnen zu einem hohen Anteil organische Stoffe enthalten“, kommentierte Knippertz. Dies weist auf die Verbrennung von Holzkohle, Müll und landwirtschaftlichen Abfällen bei relativ niedrigen Temperaturen hin. Die Partikel aus diesen Verbrennungsprozessen können in der Atmosphäre zu dichten Dunstschleiern führen. So erreicht weniger Sonnenlicht den Boden, und die täglichen Temperatur-, Wind- und Wolkenmuster verändern sich. Zudem wirken sich die Partikel in der Luft auf die Bildung von Wolken und Regentropfen aus.

Das auf fünf Jahre angelegte Projekt soll im November 2018 abgeschlossen werden. Bis dahin werden die Forscher weiterhin die Auswirkungen der Zusammensetzung der Atmosphäre auf die Wolkenbildung und die Luftqualität in Westafrika untersuchen, die erhobenen Daten auswerten und eine neue Generation von Klima- und Wettermodellen entwickeln. Darüber hinaus sollen auch genauere Prognosen für Westafrika erstellt werden. Die Wissenschaftler möchten sicherstellen, dass die Ergebnisse des Projekts auch für Forschungsarbeiten in anderen Erdteilen von Nutzen sein können.

Weitere Informationen:
Projektwebsite