Steffi's Dissertation

Thema/Inhalt

Während der Messkampagnen INDOEX (Indian Ocean Experiment) und STREAM 98 (Stratosphere Troposphere Experiment by Aircraft Measurements) war ich an der simultanen Messung verschiedener Spurengase an Bord eines Forschungsflugzeuges beteiligt. Dieses Flugzeug war im Februar und März 1999 (INDOEX) auf Hulhule, Malediven, stationiert, und im Juli 1998 (STREAM 98) in Timmins, Kanada. Unter den gemessenen Spurengasen waren CO (Kohlenmonoxid), N2O (Lachgas), CH4 (Methan), Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe, Karbonyle und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs). In meiner Dissertation habe ich diese Datensätze benutzt, um den Zusammenhang zwischen der Variabilität der Konzentrationen der Gase, definiert durch die Standardabweichung des natürlichen Logarithmus der Konzentrationen, und ihrer jeweiligen Lebensdauer zu untersuchen. Die Variabilitäts-Lebensdauer Analyse ist eine indirekte Methode um 24-Stunden-Mittelwerte der durchschnittlichen OH (Hydroxyl) Konzentration zu bestimmen. Außerdem lassen sich mit dieser Analyse Informationen über die Wichtigkeit der chemischen Prozessierung der Luftmasse, Einfluss von Mischung und die Nähe zu Quellen gewinnen. 

 

Flugzeuggetragene Spurengasmessungen
Die Durchführung einer Messkampagne unterscheidet sich deutlich von Labormessungen. Auf dieser Seite werde ich den Ablauf einer solchen Kampagne anhand von Fotos einmal illustrieren - sozusagen als photo story. Die Fotos habe ich während der Messkampagnen STREAM 98 und INDOEX aufgenommen. STREAM 98 fand im Juli 1998 in Timmins, Kanada, statt, INDOEX fand im Februar und März 1999 auf Hulhule, Malediven, statt.

 


Cessna Citation II im Hangar

Klick auf die Bilder zeigt eine Vergrößerung...

Zunächst müssen die Messinstrumente aus dem Labor ins Flugzeug gebracht werden Das Einrüsten in das Messflugzeug, eine Cessna Citation II, geschah im Hangar des Flughafen Shiphol, Amsterdam.

Da die Cessna, wie man auch auf dem Bild sieht, recht kompakt ist, muss beim Einbau der Geräte systematisch vorgegangen werden.  Zuerst wird die Kabine komplett ausgeräumt (auch die Toilette wird zugunsten weiterer Messgeräte ausgebaut!), dann werden die Messgeräte und Sitze für die Operatoren von hinten nach vorne eingebaut. Ein Gerät von hinten noch einmal heraus zu holen, ist dann richtig großer Aufwand, denn dafür müssten die vorderen Geräte auch wieder hinaus.

Rechts schon unser Spektrometer, links, wo noch der Rechner zur Aufzeichnung der Flugdaten steht, kommen die Sitze für die Operator hin. Die Blickrichtung ist hier vom Cockpit nach hinten.


Einbau der Messgeräte

Einlaßsystem
Jetzt sind zwar die Instrumente eingebaut, aber wie bekommt man beim Flug die Außenluft in die Meßgeräte? Ganz einfach: man braucht eine Durchführung durch die Flugzeughaut und Leitungen zu den einzelnen Instrumenten. Die Einlässe für die verschiedenen Messgeräte werde in die Notausgangstür eingebaut  (Konfiguration während INDOEX).

Jetzt kann's Losgehen! Zunächst wird das Messflugzeug in mehreren Etappen zum Kampagnen-Flughafen überführt. Während STREAM 98 war das Timmins, Kanada, während INDOEX es Hulhule, Malediven. Von dort aus werden dann die weiteren Messflüge unternommen.

Das Bild hier zeigt einen roll-out in Timmins - die Cessna wird aus dem Hangar gezogen. Die Messgeräte laufen schon, die Operatoren sind an Bord - aber da die Motoren noch nicht laufen, wird die Stromversorgung über einen Generator sichergestellt. Der Moment indem von external (Generator) auf internal power (Motoren) umgeschaltet wird, ist immer wieder spannend. In seltenen Fällen fällt dabei der Strom aus, und damit auch die Instrumente. Dann haben die zwei Operatoren alle Hände voll zu tun, um schnell bis zum Abheben alle Messgeräte (immerhin 12-19 an der Zahl) wieder neu zu starten.


Roll-out
 


Freude über einen geglückten Start in Timmins während der STREAM 98 Kampagne (Foto: J. Williams)

Da ja nur zwei Wissenschaftler an Bord sind, bleiben die meisten zurück. Die Bedienung ihrer Instrumente ist weitgehend automatisiert, und wird ansonsten von den zwei "Operatoren" übernommen.
So ein Flug dauert etwa 3,5 bis 4 Stunden. Es gibt viel zu tun, denn unser Messgerät muss ständig überwacht und alle 10-15 Minuten kalibriert werden. Dazu kommt noch die Überwachung und Bedienung der anderen Geräte, die aber zum Glück etwas Pflegeleichter sind. Und wir sind ja schließlich zu Zweit.  


Das bin ich während eines INDOEX Fluges

 
Die Cessna in der Luft
 

Jede Kampagne verfolgt eine bestimmte Zielsetzung. Jeder einzelne Flug untersucht einen bestimmten Teilaspekt dieser Ziele, der sich nach den meteorologischen Gegebenheiten richtet. Daher sind meteorologische Vorhersagen für die Flugplanung von großer Bedeutung. Während der INDOEX Kampagne ging man sogar noch weiter: das globale 3D Chemie-Meteorologie Model MATCH wurde zur erfolgreich zur Vorhersage der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre eingesetzt. Die Flugplanung konnte damit noch gezielter auf die Messung bestimmter atmosphärischer Ereignisse abgestimmt werden. Die Flugplanung wird, natürlich vor dem Abflug, in einem Briefing allen Teilnehmern vorgestellt und besprochen.

 
  Die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler gilt natürlich nicht nur dem Inneren des Flugzeugs, sondern sie achten auch auf die Atmosphäre. Notizen über die Art der Wolken, Regen, Unwetter oder Schichtungen, usw. können später bei der Auswertung der Daten sehr hilfreich sein.

Nach dem Flug trifft man sich zur Nachbesprechung und wirft schon mal einen ersten Blick auf die Daten. Dabei werden auch Ideen für die kommenden Flüge entwickelt.

Nach dem Ende der Messflüge wird das Flugzeug wieder zurück zu seinem eigentlichen Heimatflughafen transferiert, wo dann die Messgeräte wieder ausgebaut werden. Zuhause beginnt dann die Phase der Datenaufbereitung, -analyse und -interpretation.


Blick aus dem Flugzeug
 

Die Teilnahme an einer solchen Kampagne ist zwar anstrengend, aber man lernt sehr viel und vieles kennen. Insbesondere, da heute viele Kampagnen aus einem internationalen Team von Wissenschaftlern bestehen, und häufig auch im Ausland stattfinden. Dadurch, dass alle Teilnehmer das gleiche Ziel haben, nämlich dass die Kampagne erfolgreich wird, arbeiten alle gut zusammen und unterstützen sich gegenseitig. Dabei lernt man auch viel über die Arbeitsgebiete und Instrument der anderen Arbeitsgruppen. 

Mir haben die Kampagnen jedenfalls viel Spaß gemacht.

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Stefanie Wong.
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