Unser Projekt generiert einen international genutzten Datensatz:

Ocean Rainfall And Ice-phase precipitation measurement Network

 

Von der Vision zum Ziel

Das OceanRAIN Forschungsprojekt ist eine Erfolgsgeschichte. Als es Ende 2008 ins Leben gerufen wurde, gab es lediglich einen einzigen Prototypen eines partikelmessenden elektronischen Niederschlagsmessgeräts für den Einsatz auf Schiffen, ein sogenanntes optisches Disdrometer, und insgesamt zwei Monate Testdaten von zwei Schiffen in der winterlichen Nordnorwegensee. Und es gab eine Vision: Einen Datensatz über den Weltozeanen aufzubauen, der in der Klimaforschung einmalig ist und eine wichtige Messlücke schließt.

Denn Niederschlag mit hoher raumzeitlicher Abdeckung global zu erfassen, gelingt nur speziell dafür konzipierten Satelliten. Solche Satellitendaten bestimmen den Niederschlag aber nur sehr indirekt über ein gemessenes Strahlungsfeld. Damit aus diesen Strahlungsdaten Niederschlag berechnet werden kann, braucht es Rechenvorschriften—die Algorithmen, deren Ergebnisse von der verwendeten Methode abhängen und nicht eindeutig sind. Viele internationale Forschungsinstitute widmen sich der Erstellung solcher Algorithmen und allen gemeinsam fehlt die bodengebundene Messung von Niederschlag über den Ozeanen in höchster Qualität zur Kalibrierung und Qualitätssicherung der Satellitendaten.

Die Existenz der Messlücke über den Ozeanen begründet sich darin, dass es bislang kein präzise messendes Niederschlagsgerät für den Einsatz auf Schiffen gab. Die Messung und Bereitstellung genau dieser Daten ist somit das Hauptziel von OceanRAIN und seinen optischen Disdrometern. Dabei kann die OceanRAIN Messtechnik sogar mehr als die Satellitendaten bislang leisten: Die Erkennung und Erfassung von Regen und Schnee. Darüber hinaus gibt es sogar eine Information, wann Mischphasenniederschläge auftraten. Bisherige Satellitendaten können diese Phasenunterschiede bislang noch nicht trennen—mit OceanRAIN als Bodenreferenz kann dieser Schritt zukünftig gelingen.

Vor Beginn unseres Projekts standen laut Veröffentlichungen insgesamt nur etwa 10.000 geringqualitative Regenmessungen über den globalen Ozeanen zur Verfügung. Über Schnee- und Mischphasenmengen war gar nichts bekannt. Bedenkt man, dass über 70% unseres Planeten von Ozeanen bedeckt sind, wird die Tragweite dieser Zahl deutlich: Bezüglich Niederschlagsmessungen von Schiffen aus waren die Ozeane das Pendent zur Terra incognita, dem „unbekannten Land"!

Nach intensiver Geräteentwicklung, Kalibrierung und zahlreichen Tests im Jahresverlauf 2009 begann die Messphase unseres Projektes Mitte 2010. Mittlerweile wurden elf Schiffe mit den automatischen messenden OceanRAIN Disdrometern in allen Teilen der Weltmeere ausgerüstet. Erstmals liegen auch Niederschlagsdaten aus dem kompletten Antarktis-Winter 2013 vor. Diese neuen Messdaten sind einmalig in der Geschichte der Niederschlagsmessung. Die Auswertung der Daten zeigt, dass diese Reihe voller Extreme ist – eine wahre Schatztruhe für die Überprüfung und Kalibrierung von Satellitendaten, dem Hauptziel unseres Projektes.

Den 10.000 Messungen von damals stehen heute mehr als 8 Millionen gegenüber und der Datensatz wächst kontinuierlich; vor allem durch die Langfristinstallationen auf nunmehr fünf Schiffen. Die längste kontinuierliche Zeitserie kommt vom Eisbrecher Polarstern: Von Juni 2010 bis März 2016 hat das Disdrometer mehr als 2.5 Millionen mal gemessen und dabei Regen, Schnee und Mischphasenniederschläge aufgezeichnet. Dies ist die längste jemals gemessene Präzisions-Niederschlagszeitreihe an Bord eines Schiffes.

Die Einzigartigkeit und das immer größer werdende internationale Interesse machten es erforderlich, unser Projekt mit einem wiedererkennbaren Namen zu versehen: OceanRAIN. Da wir mehr als nur Regen messen, wurde RAIN akronymisiert zu Rainfall And Ice-phase precipitation measurement Network. Zudem wurde die Webseite www.oceanrain.org initiiert und informiert über das Projekt und die Daten.

Darüber hinaus gibt es eine umfassende Veröffentlichung über die Technik der Geräte, die Messmethoden, die Datensammlung auf See und die Generierung des Datensatzes:
Klepp, C., 2015: The Oceanic Shipboard Precipitation Measurement Network for Surface Validation – OceanRAIN. Atmos. Res., Special issue of the International Precipitation Working Group (IPWG), 163, 74-90, doi: 10.1016/j.atmosres.2014.12.014. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169809515000034

Aufgrund des umfangreichen Erfolges dieses Projektes hat die Initiative Pro Klima 2014 entschieden, unsere erfolgreiche Kooperation bis Ende 2017 nochmals zu verlängern. Dieser Zeitraum ist sehr entscheidend. Denn er ermöglicht, dass OceanRAIN einer gesicherten, langfristigen Zukunft zugeführt werden kann – als ein aus der Klimaforschung nicht mehr wegzudenkender Datensatz.

Auswertung und Sammlung der Niederschlagsdaten läuft auf Hochtouren

Seit Beginn unseres Projekts wurden auf elf Schiffen mehr als siebzehn Jahre Schiffsdaten (209 Monate) gesammelt; davon auf fünf Schiffen dauerhaft seit der Installation:

  • 67 Monate vom deutschen Eisbrecher „Polarstern" im gesamten Atlantik
  • 63 Monate vom russischen Forschungsschiff „Akademik Ioffe" im gesamten Atlantik
  • 34 Monate von der deutschen „Maria S. Merian" im gesamten Atlantik
  • 22 Monate von der deutschen „Meteor" im tropischen und subtropischen Atlantik
  • 14 Monate von der deutschen neuen „Sonne" im tropischen und subtropischen Ostpazifik
  • zwei Monate von der deutschen „Sonne" aus dem tropischen Pazifik 
  • zwei Monate vom finnischen Forschungsschiff „Aranda" aus der Ostsee
  • zwei Monate vom irischen Forschungsschiff „Celtic Explorer" in der Nordnorwegensee
  • ein Monat vom norwegischen Küstenwachtschiff „Senja" in der Nordnorwegensee
  • ein Monat vom australischen Forschungsschiff „Investigator" im Indischen Ozean
  • ein Monat vom südafrikanischen Forschungsschiff „Agulhas II" rund um die Antarktis

Analyse und Kommunikation der Ergebnisse

Der ständig wachsende Datenstrom wird von Dr. Christian Klepp in Hamburg koordiniert, analysiert und ausgewertet. Dabei wird er von der studentischen Hilfskraft Nicole Albern tatkräftig unterstützt, die an der Universität Hamburg Meteorologie studiert. Des Weiteren arbeitet der Meteorologe Jörg Burdanowitz (Doktorand der International Max Planck Research School for Earth System Modelling -IMPRS-ESM-), von Dr. Klepp betreut, daran, die gewonnenen Niederschlagsmessdaten mit Satellitendaten zu vergleichen und deren Unsicherheiten zu bestimmen. Schon in seiner Masterarbeit widmete sich Jörg Burdanowitz der Erkennung von Niederschlag in den Subtropen aus Satellitendaten.

Auf welchen nationalen und internationalen Konferenzen und Workshops die wissenschaftlichen Ergebnisse des OceanRAIN Projekts seit 2014 der Fachwelt vorgestellt wurden lesen Sie hier.

Missionsleiter Dr. Klepp (ganz links) mit den Forschungsteams des Max-Planck-Instituts für Meteorologie, der Universitäten Hamburg, Köln, Leipzig und Heidelberg, dem DLR Team sowie der Technik und Pilotencrew am Forschungsflugzeug HALO des DLR im Hangar in Keflavik, Island im Januar 2014, nach einem der erfolgreichen Flüge (Photo: Klepp, Stativ).

Dr. Klepp im Mast der Meteor mit dem Disdrometer (rechts) und dem Windsensor (links) und dem Niederschlagssensor (ganz links) an der Reling.

Auf der höchsten Mastplattform der Meteor befindet sich das Disdrometer.