Forschungsgruppe
"Optische Fernmessung - Untersuchung atmosphärischer Prozesse mit optischen Methoden"

SAMUM - SAHARAN MINERAL DUST EXPERIMENT

gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft

Englisch "Simoom", kleinerer und extrem heißer, trockener, lokaler Wind in Arabien und der Sahara. Temperaturen innerhalb des Windes erreichen bis zu 55° C, und zudem fällt die Feuchte bis auf 10 Prozent. Starke Erderwärmung unter wolkenlosem Himmel verursacht den Samum. Das arabische Wort bedeutet "Giftiger Wind" und bezieht sich auf die Eigenschaft dieser Erscheinung, Hitzeschlag zu verursachen.

Staubwolke über Nordwest-Afrika am 26. Februar 2000, beobachtet durch den SeaWiFS-Satellit (NASA)
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Einleitung

Ein großer Teil der durch Luft getragenen Partikel stammt aus ariden und öden Regionen der Erde und wird über den gesamten Globus verteilt. Das bekannteste Beispiel für diesen Transport ist wohl der Abtrag von Wüstenaerosolen aus dem Gebiet der Sahara (siehe auch Bebilderung), der sich über Flächen von einigen 100.000 km² ausdehnt. Dieser Staub kann als über die nördliche Hemisphäre verteilt angesehen werden. Da Transportweiten bis zu 10.000 km beobachtet werden, ist Wüstenstaub sozusagen omnipräsent innerhalb der Atmosphäre.

Durch diese Allgegenwärtigkeit haben die Wüstenaerosole, bestehend aus einer Mischung von Mineralstoffen aus Bodenerosion und starken Anteilen an Schwefel, Stickstoffkomponenten, Ruß aus Verbrennungsquellen und Partikelmasse aus der Biosphäre, einen starken Einfluss auf das atmosphärische Strahlungsfeld. Der Staub streut nicht nur, sondern absorbiert auch Sonnenstrahlung, und er absorbiert und emittiert die langwellige Strahlung. Die Stärke und selbst das Zeichen des direkten Strahlungsantriebs von Staub ist unsicher und hängt von den optischen Eigenschaften des Staubs, seiner vertikalen Verteilung, der Wolkenbedeckung und der  Bodenreflektivität ab. Starke Säulenbeladungen, die häufig über Wüsten und während weitreichender Transporte von Staubausbrüchen beobachtet werden, verursachen eine Erwärmung darüberliegender Schichten und ändern dadurch die atmosphärische (In)Stabilität. Bis heute beinhaltet kein Wettermodell die Wechselwirkung zwischen diesen starken diabatischen Erwärmungsraten und der atmosphärischen Dynamik. Der direkte Strahlungsantrieb des Mineralstaubs wird auf -0.5 Wm^-2 bis 0.5 Wm^-2 geschätzt   und deutet daher auf eine globale Bedeutung im Vergleich mit Treibhausgasen und anderen Effekten hin.

Staub beeinflusst das Erdsystem auf verschiedene Weise. Staub kann optische Eigenschaften von Wolken durch die Änderung der Anzahl von Wolkenkondensations- bzw. Eiskernen beeinflussen. Die Effizienz von Staubpartikeln, Wolkenkondensationskerne zu bilden, kann sich während des Transports aufgrund von Vermischung mit löslichen Stoffen verändern. Dies kann sowohl die Helligkeit der Wolken als auch die Regenbildung beeinflussen. Staubteilchen können chemische Reaktionen in der Atmosphäre durch ihre große Oberfläche beeinflussen. Kleinstpartikel (z.B. Fe), die sich mit dem Staub ablagern, ändern marine und terrestrische Ökosysteme, folglich den Kohlenstoffkreislauf und wahrscheinlich atmosphärische Treibhausgase. Der genaue Einfluss dieser indirekten Staubfolgen ist sehr unsicher.

Staubausbrüche über Europa, wie der vom 11. - 16. Oktober 2001, wurden auch von EARLINET dokumentiert.

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Staubausbruch am 13. October 2001, ebenfalls beobachtet durch EARLINET (Klicken Sie auf das Bild für eine Vergrößerung!)

Betroffene EARLINET-Stationen

Erwartungen

• Die erste Phase von SAMUM ist dem Verständnis von Strahlungseffekten in der Quellregion gewidmet.
• Eine erste gemeinsame Feldkampagne wird in Ouarzazate und Zagora (Marokko) im Juni/Juli 2005 stattfinden. Sie dient der Erzeugung eines experimentellen Datensatzes von Boden- und atmosphärischen Säuleninformationen. Diese Daten werden die Basis für die ersten genauen Strahlungs-Säulenschließungsexperimente von Wüstenstaub sein.
• Am Ende der ersten Phase von SAMUM (Ende 2006) sind regionale Strahlungsantriebe und neue globale Schätzwerte von Klimaeffekten durch Sahara-Staub verfügbar.
• Die zweite Phase wird zum ersten Mal die Strahlungseffekte gemischter Fahnen von Wüstenstaub und Biomassenverbrennungsaerosolen quantifizieren, wenn sie die Quellregion verlassen.
• Zur Charakterisierung der gemischten Fahnen ist ein zweites gemeinsames Experiment in Sal, Kapverdische Inseln, im Frühling 2007 geplant, in der Hoffnung, dass CALIPSO dann immer noch arbeiten wird. Wie für die Quellregion sollen Schließungsexperimente in der komplexen Aerosolmischung der verschmutzten Staubfahne durchgeführt werden.
• Die Kopplung von diabatischen Prozessen und atmosphärischer Dynamik erfordert anspruchsvolle Modellierarbeiten.
• Am Ende von SAMUM wird eine realistische Beschreibung von durch Staub verursachten Aerosolprozessen und deren Auswirkungen vorliegen, womit die Staubmodellierung auf gloabler Ebene verbessert wird.

Eine Wolke von Sahara-Wüstenstaub (die leicht braune Struktur) wird über Marokko und
in weitem Bogen über den östlichen Atlantik getrieben (7. April 2003)
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Partner

Forschungsgruppe	Partner	Titel des Projektes
Institute für Physik der Atmosphäre, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)	Petzold, Ehret, Schumann	Airborne in situ and remote sensing studies on the vertical and area distribution of microphysical and optical properties of Saharan dust
Institut für Fernerkundung, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, Leipzig (IfT)	Trautmann, Wendisch, Heintzenberg	Radiative properties of Sahara dust, in-situ aircraft measurements and model calculations
Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, Leipzig (IfT)	Tegen, Heintzenberg, Renner	Regional modeling of the Saharan dust cycle
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, Leipzig (IfT), Institute für Meteorologie der Universität München	Ansmann, Wiegner	Vertically resolved characterization of Saharan dust based on observations with lidars
Leibniz Institute for Tropospheric Research, Leipzig (IfT)	Heintzenberg, Wiedensohler	Hygroscopicity and optical properties of dust particles: Technical development and field application
Institut für Physik der Atmosphäre, Universität Mainz, Institut für Mineralogie, Technische Universität Darmstadt	Jaenicke, Schütz, Weinbruch	Physicochemical parameters of desert aerosols
Institut für Umweltphysik und Fernerkundung, Universität Bremen	Burrows, v. Hoyningen-Huene	Dust aerosol REtrievAl from space-borne instruMentS (DREAMS)
Laboratoire de Physique de l`Atmosphère, Departement de Physique, Faculté des Sciences, Oujda, Morocco	Mohammed Diouri	Columnar optical aerosol properties over Morocco

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Instrument

Unsere Gruppe wird mit dem Sechs-Wellenlängen-Lidar, einem Sonnenphotometer und einer Radiosondenstation an SAMUM teilnehmen.

Unsere Publikationen zum Thema Mineralstaub:

Mattis, I., Ansmann, A., Müller, D., Wandinger, U. and Althausen, D. 2002. Dual-wavelength Raman lidar observations of the extinction-to-backscatter ratio of Saharan dust. Geophys. Res. Lett., 29, doi: 10.1029/2002GL014721.

Ansmann, A., Bösenberg, J., Chaikovsky, A. P., Comerón, A., Eixmann, R., Freudenthaler, V., Ginoux, P., Konguem, L., Linné, H., Márquez, M. Á. L., Manoj, S., Matthias, V., Mattis, I., Mitev, V., Müller, D., Nickovic, S., Pelon, J., Sauvage, L., Sobolewsky, P., Stohl, A., Torres, O., Vaughan, G., Wandinger, U. and Wiegner, M. 2003. Long-range transport of Saharan dust to northern Europe: The 11-16 October 2001 outbreak with EARLINET. Journal of Geophysical Research, 108, 4783, doi: 10.1029/2003JD003757.

Müller, D., Mattis, I., Wandinger, U., Ansmann, A., Althausen, D., Dubovik, O., Eckhardt, S. and Stohl, A. 2003. Saharan dust over a Central European EARLINET-AERONET site: Combined observations with Raman lidar and Sun photometer. Journal of Geophysical Research, 108, 4345, doi: 10.1029/2002JD002918.

SAMUM verwandte Downloads und Links

• SAMUM Homepage
• NASA Satellitenphotos Visible Earth

Staubausbruch aus der Sahara über Nordwest-Afrika am 28. Februar 2000 beobachtet durch SeaWiFS (NASA).
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