Auf der Jagd nach dem schweren Wasser

Bei den Überschwemmungen 1993 im Bavella-Massiv in Korsika fielen 900 Millimeter Regen innert anderthalb Tagen. In Zürich wird diese Menge normalerweise über ein ganzes Jahr gemessen. Im Mittelmeerraum hingegen sind solche starken Niederschlagsereignisse im Herbst keine Seltenheit.

Eine geringe Anzahl Regentage mit dafür umso intensiveren Niederschlägen ist bezeichnend für das dortige Klima. Gleichzeitig sind die Flusseinzugsgebiete im Mittelmeerraum klein und weisen oft steile Hänge auf. Bei starkem Regen kommt es daher zu einem blitzartigen Anstieg des Wasserspiegels in den Flüssen.

Mit «HyMeX» den Prozessen auf die Spur kommen

Um das Verständnis und die Prognosen extremer Niederschläge im Mittelmeerraum zu verbessern, lancierten französische Wissenschaftler 2007 das internationale Forschungsprogramm HyMeX. Im Rahmen von HyMeX werden unter anderem intensive Messkampagnen durchgeführt; diesen Herbst findet eine erste solche Beobachtungsperiode im westlichen Mittelmeerraum statt. Forscher aus 20 Ländern beobachten mit Hilfe verschiedener Messgeräte drei Monate lang die natürlichen Prozesse in der Atmosphäre, im Ozean sowie auf der Landoberfläche - und dies in Südfrankreich, auf Korsika, in Norditalien und in Spanien.

Flugzeugmessungen von schweren Wassermolekülen

Auch unsere Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Heini Wernli beteiligt sich an der aktuellen HyMeX-Messkampagne. Wir arbeitet dabei eng zusammen mit dem Karlsruher Institut für Technologie und der TU Braunschweig.

Bei unserer Forschungsarbeit geht es um die Beobachtung der Wassermoleküle in der Luft. Auf dem Forschungsflugzeug D-IBUF, einer Dornier 128 der TU Braunschweig, installierten wir ein kommerzielles Laser-Messsystem, das die Anzahl schwerer Wasserisotope (z.B. H218O) in der Luft bestimmt. Diese schweren Isotope sind stabil und kommen in der Atmosphäre natürlicherweise in kleinen Mengen vor. In mehr als 20 Messflügen in der Umgebung von Korsika konnten wir wertvolle horizontale und vertikale Profile dieser Isotope experimentell bestimmen - dies auch an Tagen mit intensiven Niederschlagsereignissen über dem westlichen Mittelmeer.

Wasserisotope als Fotografie der Verdunstungs- und Niederschlagsprozesse

Das Wissen um die Anzahl schwerer Wasserisotope in der Luft hilft uns die Verdunstungs- und Niederschlagsprozesse zu verstehen. Für schwere Wasserisotope ist der Energieaufwand grösser, aus dem flüssigen Meerwasser in die Luft zu entweichen, als für die normalen Wasserisotope (H216O). Bei der Verdunstung über dem Ozean gelangen somit mehr leichte als schwere Wasserisotope in die Luft. Wie vielen schweren Wasserisotopen es gelingt, in die Luft überzutreten, ist von der Feuchtigkeit und Temperatur der Luftmasse abhängig, die sich über dem Meer befindet. Wir nutzen die Messung der Anzahl der verschiedenen Wasserisotope daher als «Fotografie» der Verdunstungs- und Niederschlagsprozesse, welche uns interessieren. Das Ziel dabei ist, die Prozessbeschreibungen von Verdunstung und Niederschlag in den Wettervorhersagemodellen zu überprüfen und zu verbessern - was insbesondere für die Vorhersage von Starkniederschlägen von Bedeutung ist.

(Doktorandin Franziska Aemisegger/ETH-Zukunftsblog)