Den Geheimnissen der Schneeflocken auf der Spur

Im Rahmen des von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) geförderten Projektes EMPOS (Evaluating Microphysical Pathways Of Midlatitude Snow Formation) haben Julian Meusel vom IMKTRO und Nils Pfeifer von der Universität Leipzig in Hyytiälä in Finnland Feldmessungen durchgeführt. Die 6-wöchige Feldkampagne wurde in Kooperation mit der Universität Leipzig und Helsinki geplant und fand von Ende Januar bis Anfang März 2024 an der Hyytiälä Forest Station statt. „Wir haben während unserer Feldkampagne 37 Graw DFM-17 Radiosonden während Schneefallereignissen alle 3h – größtenteils in der Nacht –aufsteigen lassen“, erzählt Julian Meusel vom KIT. Dabei wurden verschiedene synoptische Situationen wie Warm- und Kaltfronten, Okklusionen und ein Zyklon, sowie meteorologische Phänomene wie Diamond Dust bei Temperaturen von -15°C bis +1°C erfasst. Zudem wurden unterschiedliche Schneefallstärken beobachtet, von leichtem bis zu starkem Schneefall, ebenso wie schön geformte einzelne Dendriten bis hin zu stark bereiften Partikeln, wie der Schneefallsensor VISSS (Video In Situ Snowfall Sensor) mit eindrucksvollen Bildern belegt. „Auch wenn es anfänglich Schwierigkeiten mit den Radiosonden gab, hat mir das Arbeiten draußen im Schnee sehr gut gefallen“, resümiert Julian Meusel von seiner Kampagnenteilnahme.

Die Hyytiälä Forest Field Station liegt etwa zwei Autostunden nördlich von Helsinki und bietet ganzjährig Messungen für Forschung als auch zur Unterstützung für Feldkampagnen, Kursaktivitäten und andere Veranstaltungen an. Die Forschungsthemen an der Station reichen von Boden- bis hin zu atmosphärischen Prozessen. Für das EMPOS-Projekt stehen den Forschenden eine Vielzahl von Messinstrumenten zur Verfügung, die sich gut für den Vergleich mit ICON-Simulationen eignen. Dazu gehören unter anderem ein Wolkenradar, ein Mikrowellenradiometer, ein Disdrometer und ein Lidar, die von der Universität Helsinki betrieben werden. Zusätzlich gibt es am gleichen Ort die SMEAR II Station, welche Messungen innerhalb und oberhalb der Baumkronen betreibt, um die Beziehung zwischen Ökosystem und Atmosphäre zu erforschen. Diese Station überwacht kontinuierlich die Ökophysiologie und Produktivität des Waldes, den Boden- und Wasserhaushalt, die Meteorologie, die solare und terrestrische Strahlung, Umgebungskonzentrationen, atmosphärische Aerosole und Ablagerungen. Seit November 2023 steht vor Ort in Hyytiälä zusätzlich zu den Beobachtungsinstrumenten der Universität Helsinki eine Schneefallkamera, das sogenannte VISSS (Video In Situ Snowfall Sensor) von der Universität Leipzig als Teil des EMPOS-Projektes, zur Verfügung. Diese Kamera filmt kontinuierlich Schneefallpartikel, und aus den gewonnenen VISSS-Daten können Variablen wie die Bereifungsmasse berechnet und mit Modellvariablen verglichen werden. "Das VISSS kombiniert zwei hochauflösende Kameras mit einem großen Beobachtungsvolumen und ermöglicht so einen noch nie dagewesenen Einblick in die Eigenschaften von Schneeflocken", sagt Nils Pfeifer von der Uni Leipzig.

Das Hauptforschungsziel des von Prof. Corinna Hoose vom IMKTRO und Dr. Max Maahn von der Universität Leipzig geleiteten EMPOS-Projekts besteht darin, unser Verständnis der mikrophysikalischen Prozesse während der Schneefallbildung zu verbessern, indem neuartige in-situ-Schneefallbeobachtungsmessgeräte wie das VISSS mit ICON-Simulationen kombiniert werden. Hierzu werden die beobachteten Beiträge von Bereifung, Aggregation und Ablagerungswachstum zur Gesamtschneemasse und deren Häufigkeit aus den VISSS-Daten mit atmosphärischen Modellen verglichen. Die gezielte Untersuchung einzelner Prozesse gewährleistet, dass identifizierte Verzerrungen im Modell einzelnen Schneefallbildungsmechanismen zugeordnet werden können und das Modell dort verbessert werden kann, wo es am relevantesten ist.