Meteorologische Observatorien

Wer das aktuelle Klima erforschen will, muss den Verlauf des Wetters dokumentieren – Tag für Tag, immer zur gleichen Uhrzeit und über Jahrzehnte hinweg. Das AWI sammelt diese Langzeit-Wetterdaten mithilfe seiner meteorologischen Observatorien in der Arktis und Antarktis. Deren Messdaten werden in nahezu Echtzeit in internationale Netzwerke eingespeist und dienen auf diese Weise nicht nur der langfristigen Klimaforschung, sondern helfen auch, die Wettervorhersage in den Polarregionen zu verbessern.

Meteorologie an der Neumayer-Station III, Antarktis

Das meteorologische Observatorium an der Neumayer-Station III ist im Jahr 2012 zur offiziellen "Klimabeobachtungsstation" ernannt worden. Der Grund: Seit mehr als 30 Jahren messen AWI-Meteorologen in der Antarktis die Lufttemperatur. „Im Jahr 1982 ist es uns zum ersten Mal gelungen, an allen Tagen des Jahres die Lufttemperatur zu messen. Heute, mehr als 30 Jahre später, erfasst unser Observatorium automatisch alle drei Stunden die Lufttemperatur, den Luftdruck, die Windgeschwindigkeit und andere Wetterdaten. Sie werden nach jeder Messung kodiert und per E-Mail an andere Forschungsstationen in der Antarktis sowie an das globale Datennetz der Wetterdienste übertragen. Auf diese Weise helfen unsere Messwerte zum Beispiel, die Wettervorhersagen zu verbessern“, sagt der Meteorologe und wissenschaftliche Leiter des Observatoriums Dr. Gert König-Langlo.

Um beispielsweise verlässliche Temperaturdaten erheben zu können, setzen die Meteorologen des Alfred-Wegener-Institutes auf ein Thermometer der besonderen Art. Dabei handelt es sich um einen vor Sonnenstrahlung geschützten, temperatur-empfindlichen Platindraht. Er ist in zwei Metern Höhe am Observatoriumsturm angebracht, wird bei jeder Messung mit Umgebungsluft umwirbelt und von einem Computer ausgelesen. 

Wartung der Messgeräte am Wettermast (Foto: Thomas Steuer)

Meteorologie an der AWIPEV-Station, Spitzbergen (Arktis)

An der deutsch-französischen Forschungsstation AWIPEV in Ny-Ålesund (Spitzbergen) messen Forscher seit dem Jahr 1993 regelmäßig Klimaparameter wie Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit. Ein Ergebnis dieser Langzeitmessungen besagt, dass die Jahresmitteltemperatur auf Spitzbergen seit Beginn der Messungen um 1,3 Grad Celsius angestiegen ist. Besonders deutlich zeigt sich diese Erwärmung der Arktis in den Wintermonaten.

Ausschlaggebend für das Klima in Ny-Ålesund ist der Ozean. Das Wissenschaftsdorf liegt in einer Fjord-Landschaft an der Westküste Spitzbergens, wo Meeresströmungen aus den niedrigen Breiten die Wassertemperatur beeinflussen. Der Ozean wirkt demzufolge wie ein Wärmespeicher auf das Klima Spitzbergens, was zur Folge hat, dass die Tagesmitteltemperatur an AWIPEV in den Sommermonaten über 0 Grad Celsius liegt. Die Wintertemperaturen variieren stark, fallen jedoch selten unter -25 Grad Celsius.

Als weltweit allererste Messstation ist das meteorologische Observatorium an AWIPEV im April 2013 nach den Standards des Global Climate Observing System Reference Upper Air Network (GRUAN) zertifiziert worden – einem internationalen Klimareferenznetzwerk, initiiert von der World Meteorological Organization und anderen Partnern. "Wer das Klimasystem unserer Erde verstehen will, braucht verlässliche Daten. Verlässlich und miteinander vergleichbar sind diese Messdaten allerdings nur, wenn sie auf einheitliche Art und Weise erfasst werden", sagt die AWI-Meteorologin und Observatoriumsleiterin Dr. Marion Maturilli und fügt erklärend hinzu: „Ein Badewannenthermometer gibt eine Temperatur natürlich deutlich ungenauer an als ein Präzisionsthermometer. Auch meteorologische Messgeräte können unterschiedliche Messgenauigkeiten haben. Deshalb ist es für Klimaforscher entscheidend, dass die Messungen an den verschiedenen Stationen weltweit vergleichbar sind. Nur so können Wissenschaftler im Anschluss verlässliche Klimatrends aus diesen Daten ablesen.“

Ozonsondenstart
Ozonsondenstart an AWIPEV (Foto: Jürgen Graeser)

Die aktuellen Wetterdaten der AWIPEV-Station, Spitzbergen

Meteorologie auf dem Forschungsschiff Polarstern

Ohne genaue Wettervorhersagen sind erfolgreiche Forschungsarbeiten an Bord des Eisbrechers Polarstern kaum möglich. Aus diesem Grund arbeiten gleich zwei Meteorologen an Bord. Sie versorgen den Kapitän und die Nautiker, die Helikoptercrew und den wissenschaftlichen Expeditionsleiter regelmäßig mit aktuellen Wetterinformationen und -vorhersagen, sodass diese einschätzen können, ob zum Beispiel der Hubschrauber zur Meereisdickenmessung aufsteigen oder schweres Gerät zu Wasser gelassen werden darf. 

Einer der zwei Meteorologen lässt täglich um zwölf Uhr mittags einen Wetterballon aufsteigen. Dieser Ballon trägt Sensoren, die Luftdruck, Temperatur sowie Luftfeuchtigkeit, Windrichtung und -geschwindigkeit messen. Diese Daten werden während seines etwa zweistündigen Aufstieges in eine Maximalhöhe von etwa 35 Kilometer in Echtzeit an das Forschungsschiff gesendet und vom Meteorologen ausgewertet, um das lokale Wetter und die Entwicklung der Meereisbedingungen rund ums Schiff abzuschätzen. Das Wichtigste ist jedoch, dass diese Messdaten in globale meteorologische Modelle eingespeist werden, die entscheidend für die weltweiten Wettervorhersagen sind.

An Bord Polarsterns wertet Meteorologe Max Miller Daten für den Wetterbericht aus.
Meteorologe an Bord Polarsterns: immer die aktuellen Wetterdaten im Blick (Foto: Thomas Steuer)

Video

Und täglich steigt ein Wetterballon empor...

Zu den Aufgaben der Überwinterer an der antarktischen Neumayer-Station III gehören unter anderem meteorologische Untersuchungen der Atmosphäre. Dazu lässt unser Neumayer-Meteorologe (im Video Thomas Schmidt) an jedem Tag um Punkt 11 Uhr einen Wetterballon steigen, dessen Sonde die Lufttemperatur, die Luftfeuchte, den Luftdruck und den Wind misst. Zwei- bis dreimal pro Woche erfasst die Sonde auch die Ozonkonzentration. Welche Handgriffe notwendig sind, damit solch ein Wetterballon sicher aufsteigt, erklären die Überwinterer Thomas Schmidt und Christoph Möbius (32. Überwintererteam) in diesem Video.