Universität Bayreuth
Abteilung  Mikrometeorologie
95440 Bayreuth

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The Arctic Turbulence Experiments - First experiment 2006

 

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Kronebreen-glacier, Kongsfjorden, Svalbard

 

Direct measurements of sensible heat fluxes in the near surface environment at high latitudes applying eddy covariance and laser scintillometry - The Arctic Turbulence Experiment 2006 (ARCTEX-2006). DFG research project FO 226/11-1

 

Head of Project: Dr. Johannes Lüers  and  Dr. Jörg Bareiss

Staff: Johannes Olesch (Technician), Thomas Foken (Advice), Alfred Helbig (Scintillometer)

1st Measurement experiment May 02, 2006 to May 20, 2006 --- Location: Ny-Ålesund, Spitzbergen (Svalbard), 79 ° North Latitude

 

Die Abteilung Mikrometeorologie der Universität Bayreuth und das Fach Klimatologie der Universität Trier starteten im Mai 2006 im Rahmen des DFG-Projektes Fo 226/11-1 zu einer Expedition nach Spitzbergen. Dieses Archipel ist eines der nördlichsten Inselgruppen der Arktis (80° nördliche Breite), ca. 1000 km vom Nordpol entfernt. Die Expedition führte unser Team, die Wissenschaftler Dr. Johannes Lüers (Bayreuth), Dr. Jörg Bareiss und Prof. Dr. Alfred Helbig (Trier) sowie den Techniker Jo Olesch (Bayreuth) an die Westküste Spitzbergens nach Ny-Ålesund (Abb. 1). Diese ehemalige Bergbausiedlung ist heute ein internationales Zentrum der modernen Arktisforschung.

      Johannes Lüers                Jörg Bareiss

      Alfred Helbig                   Jo Olesch

Abb. 1: ARCTEX-Team: Johannes Lüers, Jörg Bareiss, Alfred Helbig und Jo Olesch (v. l. n. r.)

Bereits seit Frühjahr 2005 liefen die Vorbereitungen der dreiwöchigen Messkampagne „ARCTEX“ (Arctic Turbulence Experiment). Das klingt eigentlich recht lange, aber die 800 kg Ausrüstung musste bereits im Oktober 2005 mit dem AWI-Container per Schiff nach Ny-Ålesund verschifft werden. ARCTEX beruht auf der langjährigen Erfahrung von Prof. Dr. Thomas Foken (Leiter Abt. Mikrometeorologie) in der Polarforschung (Antarktisüberwinterung 1999) und wurde von ihm, Dr. Lüers und Dr. Bareiss bei der DFG beantragt und gefördert.
Ziel von ARCTEX war die direkte Messung turbulenter Energieflüsse (Wärmestrom und Verdunstung) in der bodennahen Luftschicht über polaren Eis- und Schneelandschaften unter Anwendung der Eddy-Kovarianz-Methode und mit einem Laser-Szintillometer. Hochgenaue Messungen dieser Energieflüsse, die den Energiehaushaushalt und damit das Gefrieren bzw. Abschmelzen polaren Eises oder Schnees steuern, liegen bisher nur sehr spärlich vor. Das ARCTEX-Team versuchte nun als Pilotstudie diese Lücke zu schließen und durch präzise Messungen die bisherigen empirischen Parametrisierungen in den Wetter- und Klimamodellen zu verbessern. Soweit – so gut!

Mit dem Blick auf den Kongsfjord während des Landeanflugs auf das Forscherdorf Ny-Ålesund wurden unsere schlimmsten Befürchtungen bestätigt: kein Meereis im Fjord und nur noch Schneereste auf dem Küstenstreifen. Der Januar 2006 war fast 10 °C wärmer als normal, der April sogar ganze 12 °C. Zum Glück waren wir die ersten Tage mit dem Aufbauen der Messkomplexe beschäftigt. Wie es schien bestand keine Hoffnung auf die Rückkehr des Winters. Wir machten uns dennoch Mut, mit dem Wissen, dass auch die Synoptiker der Wetterdienste irren können – v. a. in den Polarregionen der Erde. Zu allem Unglück begann es auch noch in Strömen zu regnen. Nichts konnte uns aber vom Aufbau
der Messgeräte in dieser ungemütlichen Umgebung abhalten! Nach drei Tagen war es geschafft, die Messgeräte
im Schneematsch zu errichten (Abb. 2).

Abb. 2: Turbulenzmesskomplex in Ny-Ålesund, Spitzbergen, 79° N (Foto: Lüers)

Es scheinen noch Wunder zu passieren. Am ersten Maiwochenende war es soweit und das Nordmeer schickte in Form eines kräftigen Sturmtiefs endlich den lange ersehnten Schneefall. In kurzer Zeit sanken die Lufttemperaturen unter -15 °C, bei orkanartigen Windstärken jedoch gefühlt wie -40 °C. Zentimeter für Zentimeter erhöhte sich die Schneedecke. Der arktische Winter war zurück. Der Morgen danach offenbarte einen Winterzauber in Ny-Ålesund. Glasklare Luft, das Himmelsblau schien gefroren und der Neuschnee verzauberte das Tal im Kongsfjord. Jetzt sah unser Messfeld mit dem Strahlungsbock, Gradientmast und der Turbulenzmessgeräten genau so aus, wie wir es uns während der langen Vorbereitungszeit vorgestellt hatten (Abb. 3 links). Für die restlichen zwei Wochen herrschten perfekte Messbedingungen.

Abb. 3: Links: Meteorologischer Gradientmast (6 m) am 8. Mai 2006 (Foto: Bareiss). Rechts: Sendeeinheit des Laser-Szintillometers am
Anfang der gut 100 m langen Messstrecke (Foto: Lüers)

Neben den Turbulenzmesskomplex und dem meteorologischen Gradientmast kam auch ein sog. Szintillometer erfolgreich zum Einsatz (Abb. 3 rechts). Hier wird mit Hilfe von zwei parallelen Laserstrahlen, die auf einer Strecke von gut 100 m die Luftschicht in 1.5 m Höhe über der Schneedecke durchqueren, der turbulente Wärmefluss (Flimmers der Luft), gemessen. Auch bei diesen Messungen waren wir erfreut über die vielen Tage mit geringer Bewölkung und guter Sicht (Abb. 4).

Abb. 4: Blick kurz vor Mitternacht (Polartag, 24 h Sonnenlicht) über den Kongsfjord zum Kronebreen-Gletscher (Foto: Lüers)

Nicht nur die Gigabyte an neu gewonnenen Daten auch das Kennenlernen und die hervorragende Zusammenarbeit mit den Forscherkollegen und -kolleginnen aus aller Welt führten zum großen Erfolg von ARCTEX.

Unser Dank für reichlich Unterstützung und den schönen Aufenthalt an der AWIPEV Station gilt dem ortansässigen deutsch-französischen Stations-Team. Für die hervorragende Verpflegung danken wird den Kings Bay Mitarbeitern in ganz Ny-Ålesund.

Johannes Lüers, Jo Olesch (Universität Bayreuth)

Jörg Bareiss, Alfred Helbig (Universität Trier)