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Mission BLUESKY: Wie sauber war unsere Luft zu Beginn der Corona-Pandemie?

17.07.2020 - von Simone Cordes

Besondere Chance für Atmosphärenforschung

Ein klarer blauer Himmel über dem ganzen Land: Im Frühjahr wurde das gesellschaftliche Leben aufgrund der Corona-Pandemie stark heruntergefahren – die Folge: Unsere Luft war deutlich weniger mit Emissionen, Schadstoffen aus dem Luft- und Straßenverkehr und der Industrie belastet. Diese besondere Situation lieferte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine unerwartete Gelegenheit, die Atmosphäre in einem saubereren Zustand zu untersuchen, um dann wiederum Aussagen machen zu können, welchen Einfluss die anthropogenen – vom Menschen verursachten – Emissionen auf die Zusammensetzung der Atmosphäre und das Klima haben. Mit den zwei Forschungsflugzeugen Falcon und HALO wurden die Messungen zu Beginn der Corona-Pandemie durchgeführt. Durch Vergleiche mit Messungen aus dem Vorjahr und mit Modellen kann so der Einfluss des Menschen auf die Atmosphäre genauer bestimmt werden.

Prof. Dr. Christiane Voigt vom Institut für Physik der Atmosphäre des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen koordinierte die Messaktivitäten des DLR-Forschungsflugzeuges Falcon 20 E. Im Interview spricht sie über die einzigartige Möglichkeit der Mission BLUESKY, Flugmanöver in 3 Meter Höhe und erste Ergebnisse.

1. Was waren die Herausforderungen bei der Vorbereitung der Forschungsflugzeuge Falcon und HALO?

Prof. Dr. Christiane Voigt: „Die Messungen konnten wir letztendlich durchführen, weil die Flugzeuge zum Teil schon instrumentiert waren. Dennoch musste die Instrumentierung angepasst und die Flugzeuge modifiziert werden. Wir haben dafür vor Ort im Hangar gearbeitet – unter den gängigen Abstandsregeln und Hygieneauflagen. Um diese einhalten zu können und Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern einen sicheren Arbeitsplatz zu ermöglichen, wurde ein Schichtbetrieb eingerichtet und mit weniger Personal gleichzeitig vor Ort gearbeitet. Zum anderen wurden neue Abläufe geschaffen, sodass zentrale Aufgaben auch aus dem Home-Office erledigt werden konnten, wie zum Beispiel die Erstellung von Zulassungsdokumenten. Einige Instrumente wurden neu vernetzt, damit sie von zu Hause aus gesteuert und überwacht werden konnten – so wurden durch die außergewöhnliche Situation innovative Entwicklungen vorangetrieben.“

2. Wie setzt sich das Forschungsteam zusammen?

„Das Forschungsteam, das die Veränderung der Erdatmosphäre untersucht, besteht aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Max-Planck-Instituts für Chemie, der Goethe-Universität Frankfurt sowie des Forschungszentrums Jülich und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).“

3. In welchem Zeitraum und wie wurden die Messungen vorgenommen?

„Durch den Einsatz der beiden Flugzeuge konnten wir eine Reihe an natürlichen und anthropogenen Emissionen messen: Bei der HALO liegt der Schwerpunkt auf Spurengas- und Aerosolmessungen, bei der Falcon konnten wir neben diesen Messungen auch Wolkeninformationen erhalten. Zwischen dem 16. Mai und dem 9. Juni 2020 haben wir Messungen vor allem über Deutschland und Mitteleuropa durchgeführt. Außerdem flogen wir in Reiseflughöhe in den Nordatlantischen Flugkorridor vor Irland sowie über Italien, Frankreich und Spanien. Spannend waren Flüge in die Grenzschicht im Ruhrgebiet und in die Region um Mailand mit Flugmanövern in der Grenzschicht unterhalb von 2 Kilometern Höhe, um den Einfluss des Straßenverkehrs und von Ballungszentren auf die Luftqualität genauer zu untersuchen. Erstmals konnten wir wegen des deutlich verringerten Luftverkehrsaufkommens die Luft an großen Flughäfen wie Frankfurt, Hamburg und Berlin mit Forschungsflugzeugen vermessen und nach simulierten Landeanflügen in 3 Metern Höhe über dem Boden wieder durchstarten. Ein wichtiges Ziel war auch die Bestimmung der Veränderung der Luftzusammensetzung aufgrund des deutlich reduzierten Luftverkehrs. Über Europa hatten laut der Luftfahrtbehörde Eurocontrol die vor Corona täglich etwa 30.000 Flugbewegungen um 80 Prozent abgenommen – das ist ein massiver Rückgang. Die Effekte des „fehlenden“ Luftverkehrs haben wir in größeren Höhen von 8 bis 14 Kilometern beprobt.“

4. Welche Erkenntnisse liegen bereits vor?

„Erste sehr spannende Ergebnisse zeigen einen Rückgang von Stickoxid-Verbindungen in Reiseflughöhen, die vom Luftverkehr ausgestoßen werden. Bislang konnte dieser Effekt in diesem Umfang nicht quantitativ gemessen werden. Wie sich diese Abnahme auf die Verteilung des Treibhausgases Ozon, auf Aerosole und somit auf das Klima auswirkt, ist Gegenstand aktueller Forschung. Zudem finden wir eine Abnahme von Aerosolen und Feinstaub in der oberen Troposphäre, die Luft war sauberer und wirkte aufgrund des reduzierten Aerosolvorkommens blauer – daher auch der Name der Mission BLUESKY. In der Grenzschicht hingegen hatte der Straßenverkehr wieder zugenommen, sodass die Stickoxid- und Aerosolbelastung in Ballungszentren bereits wieder Werte zu Zeiten vor Corona erreichte.“

5. Wurden weltweit ähnliche Messverfahren durchgeführt?

„Das DLR und die Partner der Forschungsmission waren weltweit die ersten, die diese umfangreichen Messungen mit zwei Forschungsflugzeugen durchgeführt haben. Inzwischen gibt es auch flugzeuggetragene CO2-Messungen der amerikanischen Kolleginnen und Kollegen. Mit ihnen planen wir auch weiterführende Flugzeug-Messungen im nächsten Jahr, um den weiteren Anstieg der Emissionen zu verfolgen. Daneben bereiten auch die Briten Flugzeugmessungen vor.“

6. Was leiten Sie aus den Ergebnissen ab und welchen Mehrwert bieten sie ihnen für die Zukunft der Mobilität – schließlich hoffen wir alle auf baldiges Ende der Corona-Pandemie, wodurch auch der Flugverkehr sicherlich wieder zunehmen wird?

„Ein weiteres spannendes Ergebnis liefern Satellitenbeobachtungen von Kondensstreifen, deren Wirkung auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre mit Modellsimulationen von Luftverkehrsbewegungen im April 2020 und bei 5-fach höherem Luftverkehrsaufkommen von 2019 verglichen wurden. Der Luftverkehr trägt etwa 5 Prozent zum vom Menschen verursachten Strahlungsantrieb bei, etwa die Hälfe davon durch Kondensstreifen. Wegen ihrer kurzen Lebensdauer führt ein Rückgang im Luftverkehr zu einer sofortigen Reduzierung des Klimaantriebes von Kondensstreifen. Das kann für die Planung der zukünftigen Entwicklung der Luftfahrt genutzt werden. Durch alternative Treibstoffe und neue saubere Triebwerke, aber auch durch kurzfristiges Umfliegen von Kondensstreifen-Regionen, kann die Klimawirkung des Luftverkehrs schnell und deutlich reduziert, eventuell sogar halbiert werden. Hierzu reicht zum Beispiel das Umlenken von wenigen Flügen, die wetterbedingt besonders langlebige Kondensstreifen bilden.“