El avión de investigación alemán HALO explorará el hemisferio sur como parte del proyecto SouthTRAC (Transporte y composición del hemisferio sur UTLS) en septiembre y noviembre de 2019. Los datos del hemisferio sur son cruciales para comprender cómo el cambio climático está influyendo en la atmósfera global. fluye. Sin embargo, casi no se han tomado medidas en el hemisferio sur a altitudes de 10 a 15 kilómetros. El proyecto SouthTRAC tiene como objetivo llenar estos vacíos en nuestra comprensión.

Los principales objetivos de la primera fase de esta campaña son investigar el agotamiento del ozono en la Antártida en primavera, el llamado agujero de ozono, y evaluar la importancia de las ondas de gravedad sobre el extremo sur de las Américas y la Antártida para la circulación en la estratosfera. La estratosfera contiene la capa de ozono y es la capa atmosférica en altitudes superiores a los 12 kilómetros. En la segunda fase de la campaña que tendrá lugar en noviembre, el enfoque científico principal será investigar cómo se intercambian y mezclan las masas de aire entre la estratosfera y la troposfera, particularmente en las regiones subtropicales.

Durante los vuelos de transferencia entre Europa y Sudamérica, los científicos explorarán, entre otros temas, el efecto de la quema actual de biomasa en la selva amazónica sobre la composición atmosférica y el clima. Científicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y de la Universidad Goethe de Frankfurt, junto con Forschungszentrum Jülich, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), coordinará los extensos vuelos de investigación. Para este proyecto, las universidades de Mainz y Frankfurt están colaborando como parte de la alianza Rhine-Main Universities (RMU).

Centrándose en el impacto de los gases de efecto invernadero en el cambio climático

Los gases traza como el dióxido de carbono y el vapor de agua son potentes gases de efecto invernadero y juegan un papel importante en el cambio climático. Esto también incluye el ozono estratosférico, que actúa como gas de efecto invernadero. Desde finales de la década de 1980, el Protocolo de Montreal ha prohibido el uso de clorofluorocarbonos (CFC), que agotan gravemente la capa de ozono. Sin embargo, La capa de ozono tardará muchas décadas en recuperarse. Al mismo tiempo, El cambio climático está afectando el contenido de vapor de agua de la atmósfera. Los científicos de la campaña SouthTRAC están estudiando en detalle la importancia de esto para la composición química del aire en el hemisferio sur y para el cambio climático global.

Una región de agotamiento del ozono particularmente severo se está acumulando año tras año en la Antártida. Las condiciones atmosféricas que más contribuyen al agotamiento del ozono en la Antártida son las bajas temperaturas y la reducción de los intercambios de masa de aire entre latitudes medias y altas de la estratosfera. Estos últimos están habilitados por un vórtice estable, el llamado vórtice polar antártico.

Los grupos de investigación están interesados ​​en el agotamiento del ozono polar en sí, y en la cuestión de cómo las masas de aire del vórtice afectan la composición de la región a altitudes de 10 a 15 kilómetros. Esta región también es de particular importancia para el clima a nivel del suelo. El vapor de agua y el ozono juegan un papel clave aquí, ya que su distribución influye directamente en el balance energético de la atmósfera. Además de los efectos de la química del ozono polar, Las emisiones de los incendios forestales en la Amazonia y África Central interfieren con los procesos químicos en el suelo que determinan la producción y destrucción de ozono y otras sustancias.

Los científicos analizarán los efectos químicos y dinámicos que afectan la distribución y mezcla de sustancias que afectan la química atmosférica y, en última instancia, el clima terrestre. Esta investigación se centrará principalmente en la influencia de las depresiones troposféricas, circulación estratosférica, y el vórtice polar. El papel relativo de todos estos fenómenos en la región entre 10 y 15 kilómetros de altitud difiere significativamente entre el hemisferio sur y el norte.

JGU tiene un papel de liderazgo en SouthTRAC

Científicos del grupo del profesor Peter Hoor en el Instituto de Física Atmosférica JGU son parte del grupo de dirección del proyecto, realizar mediciones de monóxido de carbono y dióxido de carbono, entre otras especies. Estas especies indican potencialmente el efecto de los procesos de combustión en altitudes de hasta 15 kilómetros, incluso en el caso de incendios que arden a varios miles de kilómetros de distancia. Además, Estas mediciones se utilizarán para investigar las escalas de tiempo de los procesos dinámicos que determinan la distribución de las masas de aire y afectan a las especies de ozono y vapor de agua relevantes para el clima. Este proyecto se llevará a cabo junto con la Universidad Goethe de Frankfurt, apoyado por ambas universidades como parte de la Iniciativa de Financiamiento para la Investigación de las Universidades del Rin-Meno (RMU).

Uno de los científicos principales es el Dr. Heiko Bozem, quien también ha realizado el largo vuelo de transferencia de Oberpfaffenhofen a Tierra del Fuego. En la segunda fase, El Dr. Daniel Kunkel preparará planes de vuelo basados ​​en los pronósticos meteorológicos actuales y también servirá a bordo de HALO como científico de la misión.

Se utilizarán modelos de pronóstico meteorológico y químico para proporcionar información sobre el clima local, así como las condiciones atmosféricas y la distribución de gases traza. que son necesarios para una planificación de vuelo precisa. Los pronósticos químicos estarán disponibles en el sitio, utilizando el modelo químico lagrangiano de la estratosfera (CLaMS) desarrollado en Forschungszentrum Jülich. Los pronósticos meteorológicos se basan principalmente en predicciones meteorológicas numéricas del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Medio Plazo (ECMWF), pero también son proporcionados por el alemán, Oficinas meteorológicas británicas y argentinas. Las mediciones de la composición atmosférica de largo alcance de HALO se complementarán con actividades de medición en tierra. Las mediciones se realizarán por radiosondas ya bordo de uno de los planeadores que operan fuera de la localidad de El Calafate.

Tropopausa y gases de efecto invernadero

La tropopausa es el límite entre la troposfera meteorológica activa y la estratosfera de arriba. En latitudes medias, la tropopausa tiene una altitud promedio a largo plazo de 8 a 12 kilómetros; en los trópicos su altura puede alcanzar hasta los 18 kilómetros de altitud. Las concentraciones de gases de efecto invernadero como el vapor de agua y el ozono cambian fuertemente a esta altitud.

Mientras que el vapor de agua disminuye fuertemente con la altitud, el ozono muestra un fuerte aumento formando la capa de ozono. El alcance de esta respectiva disminución y aumento de concentración en la región de la tropopausa influye en última instancia en la temperatura en el suelo, debido a la absorción de radiación solar y terrestre. Basado en mediciones satelitales, Los investigadores asumen que la distribución de gases de efecto invernadero en la tropopausa difiere entre los hemisferios norte y sur. SouthTRAC ahora está investigando esta disparidad adecuadamente por primera vez.

Océanos montañas, y ondas de gravedad

El vórtice polar se forma en invierno cuando no hay luz solar disponible para calentar las masas de aire sobre la Antártida. Mientras se enfrían estas masas de aire comienzan a hundirse, lo que a su vez hace que las masas de aire de latitudes más bajas fluyan hacia el polo. Bajo la influencia de la rotación de la tierra, estas masas de aire comienzan a girar alrededor del polo a velocidades de viento muy altas para formar el vórtice polar, que se extiende por todo el continente de la Antártida en la estratosfera. Es en el interior aislado de este sistema de vórtices donde ocurren las reacciones químicas que dan lugar al llamado agujero en la capa de ozono en el hemisferio sur durante la primavera. La posición de este vórtice puede verse alterada por ondas de gravedad.

Las ondas de gravedad se manifiestan como fluctuaciones periódicas de temperatura, presión, y viento que se propaga a altitudes de hasta 90 kilómetros en la atmósfera media, que se compone de la estratosfera y la mesosfera. Se emocionan cuando los fuertes vientos se encuentran con las altas cadenas montañosas. Con vastas montañas que corren de norte a sur y representan un obstáculo importante para los vientos muy fuertes en estas latitudes, el extremo sur de América del Sur y la península antártica son lugares ideales para estudiar el ciclo de vida de estas ondas y su influencia en el cambio climático en el hemisferio sur.

Turnos de noche para la investigación

Para analizar las propiedades de las ondas de gravedad, los investigadores instalaron un láser a bordo del avión. Para evitar que se alteren las mediciones del láser, los vuelos se realizan únicamente de noche. "Los numerosos vuelos nocturnos representan un gran desafío para los científicos, ", dijo el Dr. Heiko Bozem." Nuestro turno en Río Grande comienza a las 6 p.m. para que los vuelos se realicen en la oscuridad ". Anteriormente, el avión HALO viajó al sitio del proyecto en tres etapas, desde Oberpfaffenhofen cerca de Munich a través de las islas de Cabo Verde hasta Buenos Aires y luego a Tierra del Fuego.