德国南极站NeumayerIII启动了新的云研究项目
莱比锡/不来梅港。在接下来的 12 个月里，将首次从地面观测到阿尔弗雷德韦格纳研究所 (AWI) 德国诺伊迈尔 III 站上方大气中气溶胶颗粒和云的垂直分布。这些剖面测量是南极洲大西洋部分毛德皇后地的首次此类测量，因此面积大于格陵兰岛。莱布尼茨对流层研究所 (TROPOS) 的测量平台 OCEANET-Atmosphere 在 AWI 研究破冰船 Polarstern 国际 MOSAiC 考察期间已经在北极运行了整整一年，现在将在南极运行到 2024 年.
这套独特的激光和雷达仪器于 2023 年初安装在 Neumayer III。COALA(南极洲气溶胶-云相互作用的连续观测)项目由德国研究基金会 (DFG) 资助，并与阿尔弗雷德韦格纳研究所亥姆霍兹极地和海洋研究中心 (AWI)。
南极大陆作为地球上最大的淡水库和周围的南大洋是全球气候系统变化的关键区域。然而，天气和气候模型尚未成功地代表该地区的云量、降水和辐射收支等过程。这些不确定性导致海洋表面温度、海洋与大气之间的能量交换或雪量等因素被错误估计。科学家们缺乏关于这个相对无人居住的地区清洁大气中云形成的数据。在这种情况下，“清洁”指的是气溶胶颗粒，即最小的空气传播颗粒，如海盐、沙漠灰尘、污染或烟雾，仅以非常小的数量出现。研究人员面临的一个特殊挑战是南极洲上空的云层中异常高比例的过冷水滴。如果冰核(液滴冻结所需的大气气溶胶粒子的特定亚种)缺失，则液态云水仅在 -38 °C 至 0 °C 的温度下出现。因此，气溶胶颗粒和相关的冰形成过程是当前云研究的主要焦点。
与拥有更多陆地和相应更多人口的北半球相比，南极洲周围的气溶胶颗粒来源相对较少。因此，迄今为止很少有人研究过的长途运输可能会发挥重要作用。事实上，2019 年夏季西伯利亚野火产生的烟雾在接下来的冬天继续持续存在于北极中部，这是 MOSAiC 探险的意外结果。“多亏了我们的测量，很明显这些颗粒会影响极地地区的大气很长时间。在南半球，我们能够检测到 2019/20 年澳大利亚大火产生的烟雾，即使是在太平洋另一端的智利。但这些烟雾或其他气溶胶颗粒中有多少到达南极洲?目前，没有人可以这么说。我们希望我们可以通过 Neumayer III 的测量来缩小这一知识差距，”来自 TROPOS 的 Patric Seifert 博士解释道。
极地的飞机测量很少见，而且永远只能是快照。此外，卫星无法正确记录这些小规模的气溶胶-云相互作用过程。对南极洲气溶胶、云和降水的地面垂直分辨长期观测也很少。“根据我们的研究，在广袤的南极，只有 13 个月的协调和连续测量与云雷达和气溶胶激光雷达，而且只在南极洲的另一边——在 3500 公里外且毗邻的南极洲部分。太平洋。与 Neumayer III 相比，麦克默多站站在岩石上而不是冰架上，这也有很大的不同，”来自 TROPOS 的 Ronny Engelmann 博士强调说，谁负责测量平台 OCEANET-Atmosphere，谁也是北极国际 MOSAiC 探险的一部分。该平台是一个自主的、经过极地测试、改进的 20 英尺集装箱，里面装满了现代大气测量设备。目前，它是唯一可以用多波激光雷达、雷达和微波辐射计观测气溶胶、云和降水，用多普勒激光雷达和雷达观测云中空气湍流运动的极地单体平台。
在 DFG 研究项目 COALA 中，该集装箱已通过德国研究破冰船 Polarstern 运往南极洲，并安装在靠近 Neumayer III 研究站的坚固集装箱平台上，该研究站位于开普敦以南约 4000 公里的 Ekström 冰架上. OCEANET-Atmosphere 确实是在追随国际 EDEN-ISS 项目的脚步，该项目自 2018 年以来一直在这个确切位置运营一个带有温室实验的集装箱系统，用于在太空中提供餐饮服务。2023 年初，TROPOS 的两位研究人员 Ronny Engelmann 和 Martin Radenz 将他们的测量设备投入运行。与此同时，多波长激光雷达的绿色激光束首次扫描了诺伊迈尔三号上空的大气层。激光雷达有时也称为“光雷达” 从地面向大气发射短激光脉冲，并通过特殊接收器接收反向散射光。根据返回信号的传输时间、强度和偏振，可以得出大气中尘埃颗粒的高度、数量和类型的信息。安装后，罗尼·恩格尔曼 (Ronny Engelmann) 已经回家了。另一方面，他的同事马丁·拉登兹 (Martin Radenz) 将留在冰上：“为了确保极短夏季以外的测量质量并绘制整个年度周期图，除了留在现场外，几乎别无选择。”就像 MOSAiC 的情况一样，该站在冬季过于孤立，无法定期进行人员交流。由于 AWI 的经验，我们已经做好了充分准备，”Martin Radenz 博士报告说，
自 2019 年 12 月以来，在莱比锡的支持下，Neumayer 三号站的痕量物质观测站已经测量了提供云形成信息的两个参数：云凝结核和冰核粒子的浓度。这些连续测量可以得出关于云层覆盖季节性变化的结论。“我们看到一个明显的年度周期，夏季云凝结核的值高出十倍，”与 AWI 合作负责这些测量的来自 TROPOS 的 Silvia Henning 博士说。“连同新的遥感测量，我们将创建一个全面的数据集，描述从地面到平流层的气溶胶-云相互作用的特征。在 OCEANET-Atmosphere 仪器的帮助下，我们正在将云研究的可能性提高到一个新的水平”，Martin Radenz 强调说，他指的是多普勒激光雷达和多普勒雷达观察大气中空气运动的能力。“到目前为止，只有少数研究注意到这一事实大气湍流也可能对云的形成和温度低于 0 °C 时水滴的形成产生重要影响。垂直风是另一个不可或缺的元素，它能够正确描述气溶胶颗粒和水蒸气向云的转变，并预测冰的形成和降水。” 只有少数研究注意到大气湍流也可能对云的形成和温度低于 0°C 的水滴的形成产生重要影响。垂直风是另一个不可或缺的元素，它能够正确描述气溶胶颗粒和水蒸气向云的转变，并预测冰的形成和降水。” 只有少数研究注意到大气湍流也可能对云的形成和温度低于 0°C 的水滴的形成产生重要影响。垂直风是另一个不可或缺的元素，它能够正确描述气溶胶颗粒和水蒸气向云的转变，并预测冰的形成和降水。”
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