Erfolgreicher Test an Bord des Forschungsflugzeugs HALO

Eine erste Testmission mit dem Jena Instrument für Treibhausgase (Jena Instrument for Greenhouse Gases, JIG) an Bord des deutschen Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and LOng Range) konnte erfolgreich abgeschlossen werden.

Die Tests wurden durchgeführt, um zwei unterschiedliche Systeme zur Ermittlung von Treibhausgasen, nämlich das LIDAR-Fernerkundungssystem und das JIG-Instrument, im Vergleich eingehend zu prüfen. Das von der LIDAR-Gruppe am DLR-Institut für Physik der Atmosphäre entwickelte LIDAR-System ist in der Lage, gleichzeitig Kohlendioxid- und Methankonzentrationen in einem Höhenprofil der Atmosphäre zu messen und soll beim zukünftigen Satelliten MERLIN (Methan Remote Sensing LIDAR Mission) zum Einsatz kommen. MERLIN ist eine deutsch-französische Klimamission, deren Start für 2019 geplant ist.

Dieses aktive System sendet gepulstes Laserlicht aus und empfängt die Rückstreuung von der Erdoberfläche oder von den Wolken als eine Funktion der Zeit. Dadurch erhält man Informationen zur zurückgelegten Weglänge sowie über die physikalischen Eigenschaften der Erdatmosphäre. Da das Instrument nicht auf externe Lichtquellen angewiesen ist, können die Messungen auch bei Nacht erfolgen. Das Ziel der Mission war, die CO₂/CH₄ LIDAR –Messungen mit den In-situ-Beobachtungen des Jena Instruments für Treibhausgase JIG zu vergleichen. Dieses war ursprünglich für den Betrieb an Bord einer Flotte von Passagierflugzeugen im ESFRI-Projekt IAGOS (In-service Aircraft for a Global Observing System) entwickelt worden.

Das Jena Instrument für Treibhausgase, ursprünglich entwickelt für die Messungen von Treibhausgasen an Bord von Passagierflugzeugen, wurde von April bis Mai 2015 im Forschungsflugzeug HALO eingesetzt.

JIG verwendet die Methode der Cavity Ring-Down-Spektroskopie (CRDS), um die Treibhausgase Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) sowie Kohlenmonoxid (CO) und Wasserdampf (H₂O) zu messen. Die Messungen erfolgen nach den Standards der WMO (World Meteorological Organization)), wobei die Kalibrierung direkt im Flugzeug mit Hilfe von Referenzgasen durchgeführt wird.

Die Graphik zeigt die molaren Fraktionen von Kohlendioxid, Methan und Kohlenmonoxid, die während eines Sinkflugs über Parma in der Po-Ebene Norditaliens gemessen wurden.

Bei den ersten Testflügen gab es keinerlei Störungen der Messsysteme durch den Flugbetrieb. Auch wurden gezielt Bereiche mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften ausgesucht, um die Auswirkungen auf das LIDAR-Signal zu überprüfen. Zusätzlich wurden unterschiedliche Methanquellen mit HALO überflogen, wie Gebiete in der Po-Ebene mit intensiver Landwirtschaft und Viehzucht, und die schlesischen Kohlebergwerke in Polen, um zu ermitteln, mit welcher Genauigkeit Quellen und deren Größenordnungen detektiert werden können. In den fünf Flügen mit einer Gesamtflugzeit von etwa 20 Stunden bewährten sich beide Messsysteme.

Bei einer weiteren für 2017 geplanten Mission sollen zusätzliche passive Fernerkundungsinstrumente sowie ein Probennahme-System für die Analyse von Luftproben und deren Isotopenzusammensetzung eingesetzt werden. Sie sollen helfen, weitere spezifische Prozesse zu identifizieren, die an der Erhöhung der Treibhausgaskonzentrationen beteiligt sind.