Neue Einblicke in Strömungsphänomene im Gewitterumfeld durch gezielte Messungen mittels flugzeuggetragenem Doppler-Lidar

Flugzeuggetragene Doppler-Lidar Messungen stellen ein wertvolles Werkzeug für die meteorologische Forschung dar, da sie gezielte und räumlich hoch aufgelöste Beobachtungen atmosphärischer Strömungsphänomene ermöglichen.

In den letzten Jahren wurde vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam mit der TU Braunschweig ein neues flugzeuggetragenes Doppler-Lidar System für den Einsatz an Bord des Forschungsflugzeugs Dornier 128-6 (Rufzeichen D-IBUF) entwickelt. Das System besteht aus einem Lockheed Martin WindTracer WTX Doppler-Lidar und einem speziell für das Flugzeug von der Arges GmbH entwickelten 2-Achsen-Scanner. Im Vergleich zu bereits existierenden flugzeuggetragenen Doppler-Lidaren bietet das neue System eine höhere räumliche Auflösung und mehr Flexibilität für gezielte Messungen, u.a. aufgrund der niedrigen Fluggeschwindigkeit und VFR-Fähigkeit des Trägerflugzeugs Dornier 128.

Im Sommer 2021 wurde unter Führung des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO) des KIT die Swabian MOSES-Feldmesskampagne als Teil des Helmholtz-Verbundvorhabens MOSES im Südwesten Deutschlands durchgeführt, an der sich 10 deutsche wissenschaftliche Einrichtungen beteiligten. Hierbei fanden erste ausführliche Messungen mit dem neuen flugzeuggetragenen System statt. Eines der Ziele der Messkampagne ist die Untersuchung hochreichender konvektiver Systeme, wie sie häufig zwischen dem Schwarzwald und der Schwäbischen Alb im Südwesten Deutschlands beobachtet werden.

Der Beitrag stellt Ergebnisse vor, die durch die Kombination aus flugzeuggestützten und bodengebundenen Lidar-Messungen erzielt wurden. Die durch das Messkonzept ermöglichten Beobachtungen sollen Einblicke in Strömungsprozesse im Gewitterumfeld geben. Nach einem Überblick über die durchgeführten Messungen wird die erreichte Messqualität des flugzeuggetragenen Doppler-Lidar validiert. Der Vergleich mit Messungen von bodengebundenen Doppler-Lidar an drei Standorten ergibt dabei eine gute Übereinstimmung. Es zeigt sich, dass die hochauflösenden, linienhaften flugzeuggetragenen Doppler-Lidar Messungen in der Lage sind, einzigartige Einblicke in die Strömungsdynamik zu liefern. Der Einfluss der Orographie auf die Strömung ist eindeutig nachweisbar, sowohl lokale Talzirkulationen als auch Gebirgsleeeffekte sind zu beobachten. Die Kombination von flugzeuggestützten und bodengebundenen Doppler-Lidar Messungen ermöglicht es zudem, die Repräsentativität der bodengebundenen Messungen zu beurteilen. Eine weitere Kombination mit Radarbeobachtungen liefert den Kontext für die mit dem Strömungsfeld assoziierte Gewitteraktivität. Somit erweist sich die Kombination von flugzeuggetragenem Doppler-Lidar mit bodengebundenen Fernerkundungsnetzwerken als geeignetes Verfahren, um neue Einblicke in Strömungsphänomene im Gewitterumfeld zu gewinnen. Abschließend wird das weitere Potenzial der Doppler-Lidar Messungen diskutiert und mögliche zukünftige Aktivitäten aufgezeigt.