L'avion de recherche allemand HALO explorera l'hémisphère sud dans le cadre du projet SouthTRAC (Transport and Composition of the Southern Hemisphere UTLS) en septembre et novembre 2019. Les données de l'hémisphère sud sont cruciales pour comprendre comment le changement climatique influence l'atmosphère mondiale. les flux. Cependant, presque aucune mesure n'a été prise dans l'hémisphère sud à des altitudes de 10 à 15 kilomètres. Le projet SouthTRAC vise à combler ces lacunes dans notre compréhension.

Les principaux objectifs de la première phase de cette campagne sont d'étudier l'appauvrissement de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique au printemps, le trou d'ozone, et évaluer l'importance des ondes de gravité au-dessus de la pointe sud des Amériques et de l'Antarctique pour la circulation dans la stratosphère. La stratosphère contient la couche d'ozone et est la couche atmosphérique à des altitudes supérieures à 12 kilomètres. Dans la deuxième phase de la campagne qui se déroule en novembre, le principal objectif scientifique sera d'étudier comment les masses d'air sont échangées et mélangées entre la stratosphère et la troposphère, en particulier dans les régions subtropicales.

Lors des vols de correspondance entre l'Europe et l'Amérique du Sud, les scientifiques exploreront, entre autres sujets, l'effet de la combustion actuelle de la biomasse dans la forêt amazonienne sur la composition atmosphérique et le climat. Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l'Université Goethe de Francfort, avec le Forschungszentrum Jülich, le Centre aérospatial allemand (DLR), et l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), coordonnera les vastes vols de recherche. Pour ce projet, les universités de Mayence et de Francfort collaborent dans le cadre de l'alliance Rhin-Main Universities (RMU).

Se concentrer sur l'impact des gaz à effet de serre sur le changement climatique

Les gaz à l'état de traces tels que le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau sont de puissants gaz à effet de serre et jouent un rôle important dans le changement climatique. Cela inclut également l'ozone stratosphérique, qui agit comme un gaz à effet de serre. Depuis la fin des années 1980, le protocole de Montréal a interdit l'utilisation des chlorofluorocarbures (CFC), qui appauvrissent gravement la couche d'ozone. Cependant, il faudra plusieurs décennies pour que la couche d'ozone se rétablisse. À la fois, le changement climatique affecte la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère. Les scientifiques de la campagne SouthTRAC étudient actuellement en détail l'importance de cela pour la composition chimique de l'air dans l'hémisphère sud et pour le changement climatique mondial.

Une région d'appauvrissement de la couche d'ozone particulièrement grave se développe d'année en année au-dessus de l'Antarctique. Les conditions atmosphériques qui contribuent le plus à l'appauvrissement de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique sont les basses températures et la réduction des échanges de masse d'air entre les latitudes moyennes et élevées de la stratosphère. Ces derniers sont activés par un vortex stable, le soi-disant vortex polaire antarctique.

Les groupes de recherche s'intéressent à l'appauvrissement de l'ozone polaire lui-même, et dans la question de savoir comment les masses d'air du vortex affectent la composition de la région à des altitudes de 10 à 15 kilomètres. Cette région revêt également une importance particulière pour le climat au niveau du sol. La vapeur d'eau et l'ozone jouent ici un rôle clé, car leur répartition influence directement le bilan énergétique de l'atmosphère. En plus des effets de la chimie de l'ozone polaire, les émissions des incendies de forêt en Amazonie et en Afrique centrale interfèrent avec les processus chimiques au sol qui déterminent la production et la destruction d'ozone et d'autres substances.

Les scientifiques analyseront les effets chimiques ainsi que les effets dynamiques qui ont un impact sur la distribution et le mélange des substances affectant la chimie atmosphérique et, en fin de compte, le climat terrestre. Cette recherche portera principalement sur l'influence des dépressions troposphériques, circulation stratosphérique, et le vortex polaire. Le rôle relatif de tous ces phénomènes sur la région entre 10 et 15 kilomètres d'altitude diffère sensiblement entre l'hémisphère sud et l'hémisphère nord.

JGU a un rôle de premier plan dans SouthTRAC

Les scientifiques du groupe du professeur Peter Hoor à l'Institut de physique atmosphérique JGU font partie du groupe de pilotage du projet, effectuer des mesures de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone, parmi d'autres espèces. Ces espèces indiquent potentiellement l'effet des processus de combustion à des altitudes allant jusqu'à 15 kilomètres, même en cas d'incendies qui brûlent à plusieurs milliers de kilomètres. En outre, ces mesures seront utilisées pour étudier les échelles de temps des processus dynamiques qui déterminent la distribution des masses d'air et affectent les espèces d'ozone et de vapeur d'eau pertinentes pour le climat. Ce projet sera mené en collaboration avec l'Université Goethe de Francfort, soutenu par les deux universités dans le cadre du Fonds d'Initiative pour la Recherche des Universités Rhin-Main (RMU).

L'un des principaux scientifiques est le Dr Heiko Bozem, qui a également effectué le long vol de transfert d'Oberpfaffenhofen à Tierra del Fuego. Dans la deuxième phase, Le Dr Daniel Kunkel préparera des plans de vol sur la base des prévisions météorologiques actuelles et servira également à bord de HALO en tant que scientifique de mission.

Des modèles de prévision météorologiques et chimiques seront utilisés pour fournir des informations sur la météo locale ainsi que sur les conditions atmosphériques et la distribution des gaz traces, qui sont nécessaires pour une planification de vol précise. Les prévisions chimiques seront disponibles sur place, utilisant le modèle chimique lagrangien de la stratosphère (CLaMS) développé au Forschungszentrum Jülich. Les prévisions météorologiques sont principalement basées sur les prévisions météorologiques numériques du Centre européen de prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF), mais sont également fournis par l'allemand, Offices météorologiques britanniques et argentins. Les mesures de composition atmosphérique à longue distance de HALO seront complétées par des activités de mesure au sol. Les mesures seront prises par des radiosondes et à bord d'un des planeurs opérant au départ de la ville d'El Calafate.

Tropopause et gaz à effet de serre

La tropopause est la limite entre la troposphère météo-active et la stratosphère au-dessus. Aux latitudes moyennes, la tropopause a une altitude moyenne à long terme de 8 à 12 kilomètres; sous les tropiques, sa hauteur peut atteindre jusqu'à 18 kilomètres d'altitude. Les concentrations de gaz à effet de serre tels que la vapeur d'eau et l'ozone changent fortement à cette altitude.

Alors que la vapeur d'eau diminue fortement avec l'altitude, l'ozone montre une forte augmentation formant la couche d'ozone. L'ampleur de cette diminution et augmentation respectives de la concentration dans la région de la tropopause influence finalement la température au sol, en raison de l'absorption du rayonnement solaire et terrestre. Sur la base de mesures satellitaires, les chercheurs supposent que la distribution des gaz à effet de serre dans la tropopause diffère entre les hémisphères nord et sud. SouthTRAC enquête désormais correctement sur cette disparité pour la première fois.

Océans, montagnes, et les ondes de gravité

Le vortex polaire se forme en hiver lorsqu'aucune lumière du soleil n'est disponible pour réchauffer les masses d'air au-dessus de l'Antarctique. En refroidissant, ces masses d'air commencent à couler, ce qui à son tour provoque l'écoulement des masses d'air des latitudes inférieures vers le pôle. Sous l'influence de la rotation de la Terre, ces masses d'air se mettent à tourner autour du pôle à des vitesses de vent très élevées pour former le vortex polaire, qui s'étend sur tout le continent de l'Antarctique dans la stratosphère. C'est à l'intérieur isolé de ce système de vortex que se produisent les réactions chimiques qui donnent naissance au soi-disant trou dans la couche d'ozone dans l'hémisphère sud au printemps. La position de ce vortex peut être perturbée par les ondes de gravité.

Les ondes de gravité se manifestent par des fluctuations périodiques de la température, pression, et le vent qui se propage à des altitudes allant jusqu'à 90 kilomètres dans l'atmosphère moyenne, qui se compose de la stratosphère et de la mésosphère. Ils sont excités lorsque des systèmes de vents forts rencontrent de hautes chaînes de montagnes. Avec de vastes montagnes allant du nord au sud et présentant un obstacle majeur aux vents très forts à ces latitudes, la pointe sud de l'Amérique du Sud et la péninsule antarctique sont des lieux idéaux pour étudier le cycle de vie de ces ondes et leur influence sur le changement climatique dans l'hémisphère sud.

Quarts de nuit pour la recherche

Pour analyser les propriétés des ondes de gravité, les chercheurs ont installé un laser à bord de l'avion. Pour éviter que les mesures laser ne soient perturbées, les vols ont lieu la nuit uniquement. « Les nombreux vols de nuit représentent tout un défi pour les scientifiques, " a déclaré le Dr Heiko Bozem. "Notre quart de travail à Rio Grande commence à 18 heures. afin que les vols puissent avoir lieu dans l'obscurité." Auparavant, l'avion HALO s'est rendu sur le site du projet en trois étapes, d'Oberpfaffenhofen près de Munich via les îles du Cap-Vert jusqu'à Buenos Aires puis jusqu'à la Terre de Feu.