Undersökningar av atmosfären med hjälp av obemannade miniflygplan kan avsevärt bidra till undersökningen av orsakerna till den arktiska klimatförändringen, då de ger en inblick i marknära luftlager som inte övervakas av andra mätstationer. Det är slutsatsen som ett tyskt forskarlag drar av aktuella mätningar som just har ägt rum på Spetsbergen. Det var möjligt att observera bildandet av nya partiklar i luften, som senare kan utvecklas till moln och påverka klimatförändringarna. Det är fortfarande inte förstått i detalj varför Arktis värms upp mer än dubbelt så starkt som andra delar av jorden. Mätkampanjen på Spetsbergen, som kommer att pågå till slutet av maj, var den första gemensamma utplaceringen av miniforskningsflygplan som utvecklats i Tyskland i en polarregion.

På senare år har Arktis har alltmer blivit ett fokus för klimatforskning, på grund av att de klimatförändringar som hittills observerats i Arktis har en mycket starkare påverkan än i andra regioner. Orsakerna är komplexa interaktioner mellan atmosfären, havsis och hav - svårt att kvantifiera och beskriva i modeller. För att förbättra förståelsen för de specifika processerna och interaktionerna, fler mätningar måste göras på plats. Ändå finns endast ett fåtal kontinuerligt mätstationer och mobila mätningar med fartyg och flygplan tillgängliga som en databas för att tillhandahålla nödvändiga parametrar för analys och modellering.

Forskare från tekniska universitetet i Braunschweig, Leibniz Institute for Tropospheric Research Leipzig och Eberhard-Karls University of Tübingen har utfört mätningar med obemannade flygsystem sedan mitten av april i Ny-Ålesund på Spetsbergen, den nordligaste byn i världen. Detta projekt stöds av Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research som också driver den fransk-tyska forskningsbasen AWIPEV i Ny-Ålesund.

I projektet, finansierat av den tyska forskningsstiftelsen (DFG) och med titeln "Undersökningar av den småskaliga vertikala och horisontella variationen hos den atmosfäriska gränsskikts-aerosolen med obemannade luftsystem, " korrelationen mellan småskalig luftturbulens och bildandet av de minsta luftburna aerosolpartiklarna som kan bildas från gaser undersöks särskilt. Eftersom dessa små partiklar kan växa och sedan sprida ljus och även påverka bildandet av moln, de spelar en stor roll i klimatet.

De första utvärderingarna visar olika scenarier som leder till bildandet av nya partiklar i atmosfären:antingen sker nybildningen samtidigt i alla undersökta luftlager mellan mark och 850 meters höjd eller så börjar den i ett visst luftlager och fortsätter därifrån. Det andra fallet kan inte observeras från början med de fasta mätstationerna i Ny-Ålesund och det närliggande Zeppelinberget, som har varit i kontinuerlig drift i många år, och är därför ett viktigt fynd för alla inblandade forskare.

"Mätningarna med obemannade flygplan representerar ett samband mellan mätningarna på olika platser i Ny-Ålesund och på det intilliggande Zeppelinberget och täpper därmed till en kunskapslucka om distributions- och transportprocesser i atmosfären, " förklarar Dr. Astrid Lampert vid tekniska universitetet i Braunschweig, som koordinerade mätkampanjen.

Mätkampanjen var den tredje stora studien av ALADINA (Application of Light-weight Aircraft for Detecting IN-situ Aerosol), ett obemannat flygplanssystem (UAS) utvecklades vid Institute of Aerospace Systems vid Braunschweigs tekniska universitet. ALADINA är en typ av högteknologisk modellflygplan:Det har ett vingspann på 3,6 meter, väger 25 kg och kan transportera upp till 3 kg nyttolast. Batteriet tillåter en flygtid på upp till 40 minuter och en hastighet på upp till över 100 kilometer i timmen.

Miniforskningsflygplanet har redan använts flera gånger i Tyskland – till exempel vid TROPOS-mätstationen Melpitz nära Torgau. Det speciella med detta flygplan är särskilt dess utrustning med partikelmätningsanordningar, som miniatyriserades vid Leibniz Institute for Tropospheric Research i Leipzig. Eftersom kommersiellt tillgängliga enheter skulle vara för stora och tunga för denna applikation, enheterna behövde utvecklas eller avsevärt modifieras internt.

Universitetet i Tübingen använde också MASC (Multi-purpose Airborne Sensor Carrier) UAS som en del av sin Spetsbergen-kampanj. Dessa UAS är specialiserade på högupplöst mätning av atmosfärisk turbulens och turbulent transport av energi och impulser. Turbulens är en viktig process i partikelbildningsprocesser. MASC har en flygtid på en och en halv timme i Arktis och används allt mer inom vindenergiforskning i Tyskland.

För att förstå de olika processer som kan inducera partikelbildning, nu krävs en detaljerad analys av mätdata, vilket kommer att vara vetenskapsmannens huvuduppgift de närmaste månaderna.