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KITcube: Gesamtbeobachtungssystem zur Sondierung der Atmosphäre

KITcube: Gesamtbeobachtungssystem zur Sondierung der Atmosphäre
Ansprechpartner:

Dr. Norbert Kalthoff, Dr. Andreas Wieser,
Dr. Ulrich Corsmeier

Links:

Mit dem KITcube verfügt das Institut für Meteorologie und Klimaforschung über ein mobiles integriertes Messsystem, das zeitlich und räumlich hochaufgelöste Messungen in der Troposphäre durchführen kann. Durch den gleichzeitigen Einsatz verschiedenster Messgeräte kann eine Vielzahl an Messgrößen in einem würfelförmigen Messvolumen von 10 x 10 x 10 km3 bestimmt werden. Auf diese Weise ist es möglich alle relevanten atmosphärischen Prozesse detailiert zu untersuchen und letztlich neue Erkenntisse zur modellbasierten Vorhersage der untersuchten Wettererscheinungen zu gewinnen. Der KITcube zeichnet sich durch seine hohe Einsatzflexibilität aus. Er kann sowohl als mobile Einrichtung an beliebigen Messorten betrieben werden als auch im Dauerbetrieb für atmosphärisches Monitoring eingesetzt werden.

Forschungsschwerpunkte

Das Beobachtungssystem KITcube legt den Fokus auf vier Themengebiete:

  • Modellevaluierung: Der KITcube ermöglicht es verschiedene Modelle zu evaluieren und deckt bei Messungen Prozesse auf unterschiedlichen Skalen ab. Die Spannbreite liegt zwischen Large Eddy Simulation (LES) und mesoskaligen Systemen.
  • Wolken und Niederschlag: Die Entstehung und Entwicklung von Wolken und Niederschlag ist eines der Forschungsschwerpunkte, die mit dem KITcube eingehend untersucht werden können. Die umfassende Instrumentierung ermöglicht einen Zugang zu einem tieferen Verständis wolkenphysikalischer Prozesse. Neben der zeitlichen und räumlichen Entwicklung von Wolkenstrukturen und resultierendem Niederschlag, können zudem Mischprozesse untersucht und verschiedene Hydrometeore identifiziert werden.
  • Konvektion: Bei Konvektionsuntersuchungen dient der KITcube zur Klärung der Frage, warum in bestimmten Gebieten zu bestimmten Zeiten Konvektion ausgelöst wird und wann sich flache Konvektion zu hochreichender entwickelt.
  • Turbulenz: Mit Hilfe von Fernerkundungsverfahren kann die gesamte Grenzschicht nahezu gleichzeitig erfasst und vertikale Strukturen in der konvektiven Grenzschicht bestimmt werden. Damit ist es möglich die Struktur von Böen zu vermessen und den statistischen Fehler der Turbulenzmessungen der Grenzschicht deutlich zu reduzieren.

 

Weitere Informationen zu den einzelnen Messgeräten sind durch Anklicken in der folgenden Grafik verfügbar.

Doppler-Lidar

Mikrowellen-
radiometer

Sodar
GPS IWV
Radiosonde
Wolkenradar
Ceilometer
X-Band Radar
K-Band Radar
Distrometer
Regenmesser
Wolkenkamera
Photometer
Turbulenzstation Energiebilanzstation Meteo. Profilmast Mobiler Meteo. Mast Szintillometer

 

Messkampagnen - KITcube im Einsatz

Eingesetzt wird der KITcube in großen nationalen und internationalen Messprogrammen mit dem Ziel, sowohl grundlegende Fragen der Atmosphärenforschung als auch anwendungsbezogene Fragestellungen zu untersuchen. Temporär werden in das Konzept des KITcubes neben der Standardinstrumentierung auch weitere Messgeräte eingegliedert. Externe Forschergruppen finden bei Messkampagnen im KITcube eine ideale Arbeitsumgebung und Infrastruktur zum Betrieb eigener Messgeräte.

 

Hatzenbühl

Die Aufbauphase und der erste Einsatz des KITcube erfolgten zwischen 2010 und 2011 im pfälzischen Hatzenbühl, bei dem testweise alle Messsysteme aufgebaut wurden. Gleichzeitig wurde diese Gelegenheit genutzt, um eine Einweihungsfeier mit dem Präsidium des KIT zu gestalten.

 

 

HyMeX

Im Rahmen des HyMeX-Projektes (Hydrological cycle in Mediterranean Experiment) fand die erste Intensivmesskampagne (SOP 1) im Herbst 2012 im westlichen Mittelmeerraum statt. HyMeX zielt darauf ab, das Verständnis über den hydrologischen Wasserkreislaufs und verwandte Prozesse im Mittelmeerraum zu verbessern. Besonderes Interesse gilt dabei schadensintensiven Unwettern, der dekadischen Variabilität und damit verbundenen Trends. Der KITcube wurde an einem der Hauptmessstandorte während SOP 1 auf der Insel Korsika betrieben. Das erlaubte es, den Einfluss der gebirgigen Insel auf die Auslösung und Entwicklung hochreichender isolierter Konvektion zu untersuchen. Außerdem lieferten die Messungen die Anströmbedingungen, die zu Starkniederschlägen im südöstlichen Frankreich und nördlichen und zentralen Italien führten. Die KITcube-Geräte waren auf zwei Standorte verteilt: Corte im Tavignano Tal im Zentrum der Insel und San Giuliano an der Ostküste.

 

 

 

HD(CP)2

Das HD(CP)² Observational Prototype Experiment (HOPE) wurde im April und Mai 2013 durchgeführt. Der KITcube wurde dafür in der Nähe des Forschungszentrums Jülich aufgebaut. Eine Besonderheit der Messkampagne war die Dichte des Messnetzes: In wenigen Kilometern Entfernung lagen die Standorte von zwei weiteren Beobachungssystemen, die von den Universitäten Köln und Bonn, vom MPI in Hamburg sowie von TROPOS in Leipzig betrieben wurden. An diesen befanden sich unter anderem verschiedene Mikrowellenradiometer, Wind Profiler sowie Wolken- und Niederschlagsradare. Wichtige von Seiten des IMK verfolgte Ziele während HOPE waren die Bestimmung der Energiebilanzkomponenten an der Landoberfläche unter Einbeziehung von nahegelegenen Stationen des TERENO Projektes sowie die Untersuchung der Turbulenzstruktur in der Grenzschicht. Dazu war der zweite WindTracer etwa 3 km westlich der eigentlichen KITcube Supersite stationiert. Durch das Dual Doppler Verfahren konnten so kohärente Strukturen im horizontalen Windfeld detektiert werden. Außerdem ermöglichte dieser spezielle Messaufbau die simultane Beobachtung von Turbulenzprofilen an mehreren Standorten. An der KITcube Supersite standen weiterhin zwei Lidargeräte der Universität Hohenheim, die zeitlich hochaufgelöste Messungen der Temperatur und Feuchte in der Grenzschicht ermöglichen. Durch die Kombination dieser Messungen mit den Radialwindmessungen des WindTracer können Profile der turbulenten Flüsse bestimmt werden, die einen wichtigen Beitrag zur Evaluierung der im Rahmen von HD(CP)² durchgeführten LES leisten.

 

 

DESERVE

Die Region am Toten Meer steht großen Herausforderungen bezüglich Wasser gegenüber. Zu ihnen zählen der Rückgang des Meeresspiegels, die Desertifikation, Überschwemmungen, aufsteigende Salzsolen, die das Trinkwasser verunreinigen, die Ausbildung von Dolinen und wiederkehrendes Auftreten von Erdbeben. Der Klimawandel sowie die extensive Nutzung von Grund- und Oberflächenwasser verschärfen diese Situation zudem. Diese Herausforderungen können nur durch interdisziplinären Forschungsaufwand und unter Einbeziehung aller Anrainerstaaten bewältigt werden. DESERVE ist als ein interdisziplinäres und internationales Kooperationsprojekt der Helmholtz-Zentren KIT, GFZ und UFZ mit bewährten Partnern der Anrainerstaaten konzipiert. Im Rahmen von DESERVE konzentriert sich die Forschung des IMK-TRO auf die Durchführung eines langzeitlichen meteorologischen Monitoring-Netzwerks mit mehreren meteorologischen Stationen in Kombination mit speziellen intensiven Beobachtungsperioden mit KITcube und numerischer Modellierung.

 

 

 

DACCIWA

Im Rahmen des DACCIWA-Projektes (Dynamics-aerosol-chemistry-cloud interactions in West Africa) findet im Sommer 2016 eine Messkampagne Südwestafrika statt. Die Messplattformen beinhalten Forschungsflugzeuge und eine große Anzahl bodengebundener Instrumente in Ghana, Benin und Nigeria. Für einen Zeitraum von etwa zwei Monaten wird der KITcube wird in Savé in Benin betrieben werden. Die Hauptziele dieser Messungen sind es die meteorologischen Bedingungen zu bestimmen, die die komplette Prozesskette umfassen, angefangen von der Entwicklung nächtlicher Stratuswolken, über den dynamischen Übergang zu konvektiven Wolken bis hin zur Entwicklung von Konvektion mit Niederschlag.