Die globalen Windfelder in der freien Atmosphäre haben wesentlichen Einfluss auf das Klima der Erde. Veränderungen der Zirkulationsströme stehen in engem Zusammenhang mit weltweiten Klimatrends. WissenschaftlerInnen am Wegener Center der Karl-Franzens-Universität Graz ist es erstmals gelungen, globale Windfelder in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung zu beobachten – mit der satellitengestützten Methode der Radio-Okkultation. Damit haben die ForscherInnen einen weiteren Meilenstein im Klima-Monitoring gesetzt. Die neuen Erkenntnisse wurden kürzlich im renommierten Fachjournal Geophysical Research Letters veröffentlicht.
Abhängig von Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur verändern und verschieben sich die globalen Windfelder. Wird zum Beispiel im Atlantik vor Westafrika das Wasser wärmer, dehnen sich die Zirkulationszellen über den Tropen und Subtropen aus. Das bringt mehr Niederschlag in Europa.
Bisher kannte man keine Methode, um Windfelder in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung global zu beobachten beziehungsweise zu messen. Stattdessen wurden sie mit Hilfe von Modellen und einem Mix unterschiedlichster Daten berechnet. ForscherInnen vom Wegener Center für Klima und Globalen Wandel der Uni Graz konnten nun erstmals zeigen, dass sich Windfelder mittels Radio-Okkultation abbilden lassen.
Die Radio-Okkultation basiert auf Signalen von GPS-Satelliten, die sich zu mehreren Empfänger-Satelliten hin ausbreiten. Auf ihrem Weg durch die Atmosphäre werden die GPS-Signale durch verschiedene Faktoren, wie Druck, Temperatur oder Luftfeuchte, beeinflusst. Daraus können in der Folge äußerst präzise Klimadaten abgeleitet werden. „Die Radio-Okkultation liefert unter anderem Informationen über die Verteilung von Druckflächen, die treibenden Kräfte für die Zirkulation. Wir haben gezeigt, dass sich aus diesen Verteilungen die Windfelder erstaunlich genau errechnen lassen“, erläutert Dr. Barbara Scherllin-Pirscher, Erstautorin der soeben in den Geophysical Research Letters publizierten Arbeit.
Sieben bis acht Satelliten übermitteln täglich insgesamt rund 2500 Messungen weltweit. Scherllin-Pirscher hat anhand der Daten von 2007 bis 2012 untersucht, wie sich die Windfelder Monat für Monat verändert haben, und ihre Ergebnisse mit den Berechnungen des europäischen Wetterzentrums verglichen. „Der Vergleich hat bestätigt, dass die Radio-Okkultation sehr zuverlässige Resultate liefert“, fasst die Forscherin zusammen. „Sie macht es möglich, sowohl kurz- als auch langfristige Veränderungen zu untersuchen, weil sie über viele Jahre hinweg stabile Messungen gewährleistet“, unterstreicht Scherllin-Pirscher den Vorteil der Methode gegenüber Modellen, die im Bemühen um ständige Optimierung immer wieder neue Datenquellen heranziehen.
Die wissenschaftliche Arbeit von Barbara Scherllin-Pirscher wird vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF im Rahmen des Hertha-Firnberg-Programms gefördert und ist in den Forschungsschwerpunkt „Umwelt und Globaler Wandel“ der Karl-Franzens-Universität Graz eingebettet.
Publikation:
Barbara Scherllin-Pirscher, Andrea K. Steiner, and Gottfried Kirchengast (2014),
Deriving dynamics from GPS radio occultation: Three-dimensional wind fields for monitoring the climate,
Geophysical Research Letters, 41,