Motivation & Einführung

Das Kongobecken und seine nordwestlichen Randgebiete umfassen nahezu 20 % des weltweiten tropischen Regenwaldes und zählen zu den konvektiv aktivsten Regionen der Erde. Zwei Regenzeiten prägen die Region – März bis Mai (MAM) und September bis November (SON), wobei SON in der Regel die niederschlagsreichere ist. Während der borealen Sommer-Trockenzeit (Juni–August) ist der westliche Teil durch persistente tiefliegende Bewölkung gekennzeichnet, während im zentralen Becken vergleichsweise sonnigere Bedingungen vorherrschen. Diese Trockenperiode ist zudem durch umfangreiche Biomassebrände geprägt, die etwa 50 % der globalen Biomassebrand-Aerosole (BBA) emittieren.

Die Konvektion im Kongobecken ist stark stochastisch: Mesoskalige konvektive Systeme (MCS) treten häufiger auf, sind kurzlebiger und breiten sich langsamer aus als im Sahel. Dieses Verhalten wird mit einer geringen konvektiven Hemmung (CIN), schwacher Windscherung in der unteren Troposphäre sowie einer feuchten unteren Troposphäre in Verbindung gebracht, die es ermöglicht, dass sich die konvektiv verfügbare potenzielle Energie (CAPE) nach einem Gewitter rasch wieder aufbaut. Trotz der großen Bedeutung des Kongobeckens für die regionale Hydrologie und seines erheblichen Beitrags zur globalen Aerosolbelastung sind die Mechanismen, durch die BBA die tageszeitliche Entwicklung der planetaren Grenzschicht (PBL) sowie den Zeitpunkt, die Größe und die Organisation von Konvektion beeinflussen, weiterhin nur unzureichend verstanden.

Projektziele

Das übergeordnete Ziel besteht darin, die Rolle von BBA während des Übergangs von der borealen Sommer-Trockenzeit mit intensiven Feueraktivitäten zur anschließenden Regenzeit zu verstehen, mit besonderem Fokus auf den Tagesgang der planetaren Grenzschicht und der Konvektion.

Forschungsziele

Direkte Effekte – Ziel ist es, zu quantifizieren, inwieweit BBA die tagsüber einsetzende Konvektion verzögern und die Größe sowie Anzahl von Gewittern verändern. Grundlage hierfür sind langjährige Beobachtungsdaten zu Aerosolen, Wolken, Strahlung und Niederschlag. Methodisch erfolgt ein statistischer Vergleich zwischen relativ sauberen und stärker belasteten Tagen unter ähnlichen großskaligen meteorologischen Bedingungen, basierend auf satellitenbasierter Erfassung konvektiver Systeme, Aerosol optischer Dicke und bodengestützte Messungen der solaren Einstrahlung in räumlich homogenen Teilgebieten.

Semi-direkte Effekte – Untersucht wird der Einfluss von BBA oberhalb von Grenzschichtwolken auf den zeitlichen Verlauf der Konvektion sowie auf die Eigenschaften konvektiver Systeme. Dabei werden verschiedene Situationen anhand der vertikalen Lage der Aerosolschichten relativ zur Grenzschicht und zu tiefen Wolken unterschieden, basierend auf Reanalysedaten (CAMS) und ergänzenden Satellitenprodukten. Die daraus resultierenden Unterschiede in der Wolkenauflösung im Tagesverlauf und in der Entwicklung von Konvektion werden statistisch ausgewertet, wobei derselbe Analyseansatz wie bei den direkten Effekten angewendet wird.

Indirekte Effekte – Ziel ist es, mögliche mikrophysikalische Einflüsse von BBA auf einzelne Gewitter zu untersuchen und diese den großskaligen, strahlungsbedingten Effekten auf Konvektionsstatistiken gegenüberzustellen. Hierzu werden ausgewählte Fallbeispiele aus der BACCOPA-Messkampagne mit hochaufgelösten, wolkenauflösenden Modellen simuliert, wobei die Aerosoleigenschaften durch Flugzeugmessungen vorgegeben werden. Ergänzende Sensitivitätsexperimente ermöglichen die Analyse sowohl von Prozessen auf Ebene einzelner Gewitter als auch von regionalen Kenngrößen der konvektiven Aktivität, um die relative Bedeutung mikrophysikalischer und strahlungsbedingter Aerosoleffekte zu bewerten.

Partner & Einbindung in BACCOPA

Das Projekt stellt den deutschen Beitrag (IAC3) zu BACCOPA (Biomass-burning Aerosol, Clouds, Convection and Precipitation in Central Equatorial Africa) dar, einer internationalen Kampagne unter Leitung der französischen Institute CNRM, LATMOS, LISA und LOA. Im September 2026 wird ein französisches ATR-42-Forschungsflugzeug in Brazzaville (Republik Kongo) stationiert sein und mit Lidar, Wolkenradar, einem Sonnenphotometer sowie Aerosolmessinstrumenten ausgestattet sein. Durch diese enge Zusammenarbeit werden erstmals räumlich und zeitlich nahezu simultane Messungen von BBA, Hydrometeoren, vertikalen Bewegungen und Strahlung im Kongobecken möglich. Dies erlaubt eine fundierte Überprüfung der drei Forschungsziele.