Die Stratosphäre und das Wasser – Aufstieg der CFH-Sonde

CFH-Sonde

Wie ihr vielleicht schon wisst, lassen wir an der AWIPEV Station täglich eine Radiosonde steigen, die unter optimalen Bedingungen eine Höhe von bis zu 35 km und vielleicht auch mehr, erreichen kann. Die Radiosonde misst Temperatur, Druck, und relative Luftfeuchtigkeit, und erfasst außerdem die Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Am Ende erhalten wir ein Profil dieser Parameter in Abhängigkeit der Höhe der Atmosphäre. Diese Daten gehen dann untere anderem in die tägliche Wettervorhersage für Deutschland ein und dienen zur Langzeitbeobachtung der Atmosphäre.

In der Stratosphäre ist die Luftfeuchtigkeit allerdings extrem gering und daher sehr schwer zu messen. Um dieser geringen Konzentrationen zu messen, ist der Sensor der Radiosonde zu ungenau. Daher wird alle zwei Monate eine Spezialsonde. eine sogenannte CFH-Sonde, vorbereitet, die wir zusammen mit einer Radio- und Ozonsonde steigen lassen. Mit der CFH-Sonde erhalten wir also bessere und genauere Daten über den Wassergehalt in der Statosphäre und können gleichzeitig die Daten der Radiosonde für die Troposphäre validieren.

CFH steht für Cryogenic Frost Point Hygrometer. In der Sonde befindet sich ein kleiner Spiegel, der mit Hilfe eines Kühlmittels und eines Heizelements auf genau die Temperatur gebracht wird, so dass sich stets eine dünne Frostschicht auf dem Spiegel befindet. Diese Temperatur wird so genau wie möglich bestimmt und entspricht dem Tau- bzw. Gefriepunkt des Wasser, welcher druckabhängig ist. Bei welcher Temperatur diese Frostschicht erhalten bleibt, hängt von der Luftfeuchtigkeit ab. Kennen wir also den Tau- bzw. Gefrierpunkt, dann kennen wir  auch den Wassergehalt in der Atmosphäre.

Aber warum interessieren wir uns überhaupt für Wasser in der Atmosphäre? In der Troposphäre findet der Wasserkreislauf statt, den wir selbst beobachten können: Verdunstung, Kondensation (Wolkenbildung), Regen. Wasser in seiner gasförmigen Form, also als Wasserdampf oder Luftfeuchtigkeit, und somit Wasser in der Atmosphäre, spielt eine große Rolle für den Wärmehaushalt der Erde, denn es ist ein Treibhausgas. Daher ist es von extremer Wichtigkeit, die Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre zu beobachten und zu kennen.

Auch in der Stratosphäre ist Wasserdampf chemisch und physikalisch aktiv und beinflusst unter anderem auch den Strahlungshaushalt der Stratosphäre. Im Winter hat der stratosphärische Wasserdampf Einfluss den Polarwirbel, und sogenannte Polar Stratospheric Clouds, die sich im Winter unter sehr kalten Temperaturen bilden können, können die Stratosphäre austrocknen.

Die CFH-Sonde wird normalerweise von jemandem des AWI Potsdam und/oder dem Support der Firma IMPRES vorbereitet. Diesmal waren Marion und Ingo am Start. Die Aufgabe des Stationspersonals ist die Vorbereitung der Radio- und Ozonsonde. Am Ende ist dann Bastelstunde angesagt: alle drei Sonden werden zusammengeführt und gemeinsam an unserem größten Ballon in den Himmel gesandt. Die Vorbereitung solch eines Sondenaufstiegs haben wir für euch dokumentiert. Viel Spaß bei den Bildern.

 

Leser:innenkommentare (1)

  1. André Schnell

    Liebes Forscherteam,

    eure wissenschaftlische Arbeit ist extrem wichtig um den Einfluss von Wasserdampf in der Atmosphäre zu bestimmen.

    Toll

    Grüße aus Berlin vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtzgemeinschaft

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The stratosphere and the water – Launch of the CFH-Sonde

CFH-Sonde

As you may already know, at AWIPEV we launch daily a radio-sonde. Under perfect conditions the radio-sonde reaches an altitude of 35km and maybe more. On its way up, it measures the air temperature, atmospheric pressure and humidity as well as the wind direction and the wind speed. At the end we receive profiles of these parameter in dependence of the atmospheres altitude. The data is then used in the weather forecast for Germany and are part of the long term climate observations of the atmosphere.

In the stratosphere the humidity is extremely low and therefore it is difficult to measure it.  To measure these low concentrations the sensor of our daily radio-sonde is too inaccurate: a special sensor is needed. Hence, every two month, a CHF-sonde is prepared. It is launched together with a radio-sonde and an ozone-sonde. With the CHF-sonde we receive much better and accurate data for the stratospheric humidity. At the same time we can validate the humidity sensor of the radio-sonde for the troposphere.

CFH stands for Cryogenic Frost Point Hygrometer. Within the sonde there is a small mirror. With the help of a cooling agent and a small heating unit the mirror is kept at a specific temperature so that a constant thin layer of ice is maintained on the mirror. This temperature is measured as accurately as possible and is called frost point. The frost point depends on the pressure and humidity. Therefore, if we know the temperature at which the thin ice layer is maintained then we also know the water content of the atmosphere.

But why are we interested in the water content of the atmosphere? In the troposphere we can observe the water cycle: evaporation, condensation(cloud formation), rain. Water in its gaseous form, thus as water vapor or humidity, plays an important role for the heat budget of Earth: water vapor is a greenhouse gas. Therefore it extremely important to know the water content in the atmosphere and what effects it has.

The stratosphere is extremely dry. Yet, the small amount of water present has important climate implications. Water in the stratosphere influences the radiation budget and affects the polar vortex. In the winter time so called Polar Stratospheric Clouds can form under very cold temperatures. These clouds can then dry out the stratosphere, thus changing its properties.

The CFH-sonde is usually prepared by someone from AWI Potsdam and/or the support of IMPRES. this time it was Marion’s and Ingo’s turn. The station personal is preparing at the same time a radio-sonde and an ozone-sonde. Finally it’s crafting time: all three sondes are combined and launched with our biggest available balloon. We have documented to preparations for such a balloon launch for you. Enjoy the pictures.

 

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