Zukunft Forschung 02/2022

TITELTHEMA
DIE i-BOX ist ein System aus
mehreren Messstationen, um
ein möglichst vollständiges
Bild der Grenzschichtprozesse
im Inntal erzeugen zu können.
Im Mittelpunkt des Interesses
stehen dabei die Turbulenzen,
da die Turbulenzstruktur eine
wichtige Rolle bei Austauschprozessen
von Impuls, Masse
und Energie zwischen der Erdoberfläche
und der Atmosphäre
spielt. Zum Einsatz kommen
dabei u. a. Sonic Anemometer,
also Sensoren, die – wie hier
am Arbeser Kogel – mittels
akustischer Signale Turbulenzen
in der Atmosphäre messen
können.
Das Tal im wattig-weißen Frühnebel,
die Berghänge hingegen im gleißenden
Sonnenlicht – für die einen fantastische
Aussicht nach mühevollem Aufstieg,
für andere, vor allem für Meteorologinnen
und Meteorologen, ein Blick auf den oberen
Rand der atmosphärischen Grenzschicht. Mit
einem Mantel, der die Erdoberfläche umhüllt,
verglich der deutsche Meteorologe und Klimatologe
Karl Schneider-Carius (1896 – 1959)
jene unterste Schicht der Atmosphäre und benannte
sie nach peplos – altgriechisch für Mantel
– Peplosphäre.
Weniger metaphorisch ist heute die Bezeichnung
atmosphärische Grenzschicht
(atmospheric boundary layer, ABL) in Verwendung,
was nichts daran ändert, dass sie
im Zentrum zahlreicher Forschungsvorhaben
steht. Kein Wunder, ist der – im Schnitt – erste
Kilometer über der Erdoberfläche doch
höchst relevant für unser Wetter und Klima.
„Die Grenzschicht ist vor allem interessant,
weil in ihr alle Austauschvorgänge zwischen
Erdoberfläche und freier Atmosphäre
stattfinden“, erläutert Mathias Rotach vom
Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften
der Universität Innsbruck.
Ausgetauscht werden etwa Impuls, Wärme,
Wasser und Spurenstoffe, Schadstoffe eingeschlossen.
„Verdunstung passiert an der
Erdoberfläche. Wasserdampf steigt auf und
kondensiert, es kommt zur Wolkenbildung
und zum Niederschlag. Dies wird durch die
Grenzschicht bewerkstelligt“, beschreibt Rotach
einen solchen Austauschvorgang. Angetrieben
werden diese Austausche durch eine
„chaotische Bewegung“, die Turbulenz. In
der Folge wirken sie sich auf so unterschiedliche
Phänomene wie Klima, Sturmsysteme,
Luftverschmutzung oder Gletscherschmelze
aus. „Der Output von atmosphärischen
Modellen wird daher von Kolleginnen und
Kollegen genutzt, um z. B. hydrologische Modelle
zu erstellen“, erklärt Rotach.
Das Verständnis der atmosphärischen
Turbulenz und der Art und Weise, wie sie in
Wetter- und Klimamodellen berücksichtigt
wird, stammt allerdings von Beobachtungen
und Messungen über flachem Gelände, Austauschprozesse
über komplexem Gelände wie
z. B. über Gebirgen sind vielschichtiger. Rund
30 Prozent der Erdoberfläche bestehen aus
solch komplexem Gelände, das mangelnde
Wissen über die darüber, in der Gebirgsgrenzschicht
(mountain boundary layer, MoBL)
stattfindenden Austauschprozesse führt zu
Unsicherheiten bei Wettervorhersagen und
Klimaprojektionen über Berggebieten, aber
10 zukunft forschung 02/22
Foto: Ivana Stiperski (1), Grafik: TEAMx (1)