Dem Schnee auf der Spur: Messkampagne auf über 2.800 Metern Höhe

Um diese beiden Schneefallformationsprozesse zu untersuchen, nehmen wir, das Leipziger Instituts für Meteorologie (LIM) der Universität Leipzig, an der Surface Atmosphere Integrated Field Laboratory Kampagne (SAIL) teil. Diese hat sich zum Ziel gesetzt, den gesamten Wasserhaushalt in einem Teil der Rocky Mountains besser zu verstehen. Von September 2021 bis Juni 2023 werden dabei an verschiedenen Standorten die jahreszeitlich variierenden Einflüsse auf den Energie- und Wasserhaushalt in hochgelegenem, komplexem Gelände gemessen. Geleitet wird SAIL von ARM, der Atmospheric Radiation Measurement Einrichtung des U.S. Department of Energy (DOE). Involviert sind in dieser Kampagne jedoch auch mehrere andere Partner von verschiedenen Universitäten.

Von Mitte Oktober bis Mitte November 2022 waren dafür zwei Mitglieder des LIMs zu Gast am Rocky Mountains Biological Laboratory in Gothic (Colorado), um ein Wolkenradar und eine Schneefallkamera zu installieren. Diese Messgeräte werden von November 2022 bis Juni 2023 in den Rocky Mountains Messungen durchführen.

Die Instrumente

Um die Schneefallformation in Wolken besser zu verstehen, haben wir zwei Messgeräte nach Colorado gebracht. Unser Wolkenradar sendet elektromagnetische Strahlung auf einer Frequenz von 94 GHz und einer bestimmten Polarisation aus. Trifft diese Strahlung auf Wolkentropfen oder Niederschlagspartikel, wird sie zurückgestreut und wieder von dem Radar empfangen. Aus der Zeit zwischen dem ausgesendeten und empfangenen Signal kann die Distanz zu den entsprechenden Partikeln bestimmt werden. Aus der Stärke des zurückgestreuten Impulses können wir außerdem Rückschlüsse auf die Menge und Größe der Partikel ziehen. Die Polarisation des zurückgestreuten Signals hängt von Form, Anzahl und thermodynamischen Phase (Flüssigwasser/Eis) der Partikel ab, weshalb wir zusätzlich Aussagen über die Form treffen können. Die Schneefallkamera besteht genauer gesagt aus zwei Kameras, die um 90 Grad zueinander versetzt dasselbe Luftvolumen ca. 2 Meter über dem Boden beobachten. Fällt ein Niederschlagspartikel durch dieses Volumen, machen die Kameras ein Foto. Aus diesen Fotos können wir Informationen über Form, Größe und Fallgeschwindigkeit des Partikels gewinnen. Die Messungen beider Instrumente können wir sogar kombinieren. Sehen wir zum Beispiel im Signal des Radars die Signatur einer bestimmten Schneeflockenform, können wir das mit den Bildern der Schneefallkamera verifizieren. 

Erste Daten

Seit Mitte November sind unsere Messgeräte installiert und produzieren kontinuierlich Daten. Diese transferieren wir permanent auf unsere Datenserver und erzeugen erste Grafiken, sogenannte Quicklooks, um einen Eindruck von deren Qualität und der Aussagekraft zu erhalten (siehe Abbildungen unten). Dieser Winter meint es scheinbar gut mit uns, wir konnten schon einige schöne Schneefallevents messen. Unten sind exemplarisch zwei Quicklooks zu sehen, oben von Schneeflocken, die die Schneefallkamera aufgenommen hat, und darunter das dazugehörige zurückgestreute Signal, welches das Radar empfangen hat. Über den kommenden Winter werden wir noch viel mehr dieser Daten erhalten, jedes Schneefallereignis bringt uns der Beantwortung unserer Forschungsfragen dabei ein Stück näher.