Исследования атмосферы с помощью беспилотных мини-самолетов могут внести существенный вклад в изучение причин климатических изменений в Арктике, поскольку позволяют получить представление о приземных слоях воздуха, которые не отслеживаются другими измерительными станциями. К такому выводу пришла группа немецких исследователей на основании недавних измерений, которые только что были проведены на Шпицбергене. Можно было наблюдать образование в воздухе новых частиц, которые впоследствии могут эволюционировать в облака и влиять на изменение климата. До сих пор детально не изучено, почему Арктика прогревается более чем в два раза сильнее, чем другие регионы земли. Измерительная кампания на Шпицбергене, которая продлится до конца мая, стала первым совместным развертыванием малых исследовательских самолетов, разработанных в Германии, в полярном регионе.
В последние годы Арктика все чаще становится объектом климатических исследований в связи с тем, что климатические изменения, наблюдаемые до сих пор в Арктике, оказывают гораздо более сильное воздействие, чем в других регионах. Причинами являются сложные взаимодействия между атмосферой, морским льдом и океаном, которые трудно измерить количественно и описать в моделях. Чтобы улучшить понимание конкретных процессов и взаимодействий, необходимо провести дополнительные измерения на месте. Тем не менее, лишь несколько станций непрерывного измерения и мобильные измерения с кораблей и самолетов доступны в качестве базы данных для предоставления необходимых параметров для анализа и моделирования.
Ученые из Брауншвейгского технического университета, Лейпцигского института тропосферных исследований им. Лейбница и Тюбингенского университета им. Эберхарда-Карла проводят измерения с помощью беспилотных летательных аппаратов с середины апреля в Ню-Олесунне на Шпицбергене, самой северной деревне в мире. Этот проект поддерживается Институтом Альфреда Вегенера, Центром полярных и морских исследований Гельмгольца, который также управляет франко-германской исследовательской базой AWIPEV в Ню-Олесунне.
В проекте, финансируемом Немецким исследовательским фондом (DFG) и озаглавленном «Исследования мелкомасштабной вертикальной и горизонтальной изменчивости аэрозоля в пограничном слое атмосферы с помощью беспилотных авиационных систем», корреляция между мелкомасштабными воздушными в частности исследуется турбулентность и образование мельчайших взвешенных в воздухе аэрозольных частиц, которые могут образовываться из газов. Поскольку эти мелкие частицы могут расти и затем рассеивать свет, а также влиять на формирование облаков, они играют важную роль в климате.
Первые оценки показывают разные сценарии образования новых частиц в атмосфере: либо новообразование происходит одновременно во всех исследованных слоях воздуха от земли до высоты 850 метров, либо оно начинается в определенном слое воздуха и продолжается оттуда. Второй случай нельзя наблюдать с самого начала со стационарными измерительными станциями в Ню-Олесунне и близлежащей горе Цеппелин, которые непрерывно работают в течение многих лет, и поэтому является важным открытием для всех вовлеченных ученых.
«Измерения с беспилотными самолетами представляют собой связь между измерениями в различных местах в Ню-Олесунне и на соседней горе Цеппелин и, таким образом, устраняют пробел в знаниях о процессах распределения и переноса в атмосфере», - объясняет доктор. Астрид Ламперт из Технического университета Брауншвейга, которая координировала кампанию по измерению.
Кампания по измерениям была третьим крупным исследованием ALADINA (Применение легких самолетов для обнаружения аэрозолей на месте), беспилотной авиационной системы (БАС) типа "Carolo P360", которая была разработана в Институт аэрокосмических систем Брауншвейгского технического университета. ALADINA - это тип высокотехнологичной модели самолета: он имеет размах крыла 3,6 метра, весит 25 кг и может перевозить до 3 кг полезной нагрузки. Аккумулятор обеспечивает время полета до 40 минут и скорость до 100 километров в час.
Мини-исследовательский самолет уже несколько раз использовался в Германии - например, на измерительной станции TROPOS Мельпиц недалеко от Торгау. Особенностью этого самолета является его оснащение приборами для измерения частиц, которые были миниатюризированы в Институте тропосферных исследований им. Лейбница в Лейпциге. Поскольку имеющиеся в продаже устройства были бы слишком большими и тяжелыми для этого приложения, их необходимо было разрабатывать или значительно модифицировать внутри компании.
Университет Тюбингена также использовал БАС MASC (многоцелевой бортовой сенсорный носитель) в рамках своей кампании на Шпицбергене. Эти БАС специализируются на измерении с высоким разрешением атмосферной турбулентности и турбулентного переноса энергии и импульсов. Турбулентность является важным процессом в процессах образования частиц. Время полета MASC в Арктике составляет полтора часа, и они все чаще используются в исследованиях ветроэнергетики в Германии.
Для понимания различных процессов, которые могут индуцировать образование частиц, сейчас необходим детальный анализ данных измерений, что и будет основной задачей ученого на ближайшие месяцы.