Cabo-Verde-Atmosphären-Observatorium (CVAO)
Das Cabo-Verde-Atmosphären-Observatorium im tropischen Atlantik untersucht wichtige Aerosolquellen unseres Planeten und deren Einfluss auf Gesundheit und Klima. Dank der Kooperation mit den Partnern in der Republik Cabo Verde sowie zusammen mit deutschen und britischen Forschungsinstituten leistet TROPOS einen wichtigen Beitrag zu Forschung, Lehre und Transfer international und besonders für Westafrika.
Das Cape Verde Atmospheric Observatory (CVAO) befindet sich auf São Vicente, einer der Kapverdischen Inseln, rund 800 Kilometer westlich des afrikanischen Kontinents. Es wurde 2007 auf der Basis von mehreren gemeinsamen Drittmittelprojekten wie TENATSO (EU-Infrastrukturprojekt) und SOPRAN (BMBF-Forschungsprojekt) in internationaler Zusammenarbeit mit UK SOLAS (University York), dem Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI-BGC) Jena und dem Instituto Nacional de Meteorologia e Geofisica (INMG) der Republik Cabo Verde gegründet.
Seitdem werden auf einem 30m-Turm kontinuierlich Luftproben für chemische und physikalische Charakterisierung des Hintergrundaerosols im subtropischen Atlantik genommen. Die Lage auf einer Klippe bei Calhau an der Nordostspitze der Insel São Vicente ermöglicht die Charakterisierung des Hintergrund-Aerosols, da die Luft dort in der Regel vom Ozean kommt und dadurch lokale Quelle praktisch keine Rolle spielen. Mit dem vorherrschenden Nordost-Passat werden Luftmassen aus Nordwestafrika oder dem nördlichen Atlantik an das CVAO transportiert. Das Messprogramm beinhaltet die chemische Charakterisierung, die Messung der Partikelanzahlverteilung von 0.020 bis 10 Mikrometer, die Lichtabsorption durch Partikel sowie die Messung meteorologischer Parameter. Während Intensivmesskampagnen werden zusätzliche Probenahme- und Messmethoden eingesetzt, zum Beispiel größenselektive Impaktoren für eine detailliertere chemische Analyse und die Bestimmung hygroskopischer Eigenschaften.
Ziel aller Untersuchungen ist die Langzeiterfassung der oberflächennahen Partikelzusammensetzung und ihrer saisonalen sowie interannualen Variabilität im tropischen nordöstlichen Atlantiks. Das Observatorium beobachtet sowohl den kontinentalen Transport von Saharastaub aus dem nördlichen Afrika und als marines Aerosol. Für beide Phänomene sind die Entwicklungen über längere Zeiträume wichtig, um Entwicklungen im Zusammenhang des globalen Klimawandels sicher charakterisieren zu können.
Wichtige Schwerpunkte detaillierter Untersuchungen liegen in der Aerosolprozessierung, wie der Chlorid- und Bromidaustausch durch Nitrat und Sulfat sowie der Analyse des Saharastaubs inklusive der Mobilisierung des enthaltenen Eisens während des atmosphärischen Transports. Außerdem werden in diesen Proben Übergangsmetalle analysiert, die je nach Bioverfügbarkeit wichtige Spurenelemente für das Biomassewachstum im Ozean sind. Vor allem organische Spurenstoffe aus dem Meer (organischer Oberflächenfilm) werden in den PM1-Proben analysiert, um offene Fragen zum Austausch von Spurenstoffen zwischen Ozean und Atmosphäre zu. Im aktuellem DUSTRISK-Projekt, einem von der Leibniz-Gemeinschaft geförderten Vernetzungsprojekt, werden gesundheitliche Auswirkungen der Staubexposition der Bevölkerung in enger Zusammenarbeit mit Krankenhäusern auf den Kapverden untersucht.
Die in-situ Aerosolmessungen am CVAO sind Teil des Programms „Global Atmosphere Watch“ (GAW) der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und zielen auf ein einheitliches, koordiniertes globales Verständnis der Zusammensetzung der Atmosphäre und ihrer Veränderungen ab. Die Messungen tragen auch zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen der Atmosphäre, den Ozeanen und der Biosphäre bei. Die Qualitätssicherung der Messdaten wird von internationalen Kalibrierzentren vorgenommen, wie zum Beispiel vom Weltkalibrierzentrum für Aerosolphysik (WCCAP – World Calibration Center für Aerosol Physics), das TROPOS in Leipzig für die WMO und das Umweltbundesamt ebenfalls im GAW-Programm betreibt.
Die in-situ Aerosolmessungen am CVAO-Turm werden durch eine umfangreiche Fernerkundung der vertikalen Profile von Aerosolen und Wolken sowie der Strahlungsbilanzmessungen am Standort des Partner-Instituts Ocean Science Center Mindelo (OSCM) des Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung (GEOMAR) ergänzt. Hierzu ist bereits ein am TROPOS entwickeltes Lidarsystem installiert und seit 2021 dauerhaft im Einsatz. Dieses wird seit 2023 durch Radar- und Mikrowellenradiometer ergänzt und von Satellitenfernerkundung und Modellierung begleitet, um ein möglichst vollständiges Bild des Aerosols und dessen Wechselwirkung mit Wolken und Strahlung im gekoppelten Atmosphären/Ozean/Land-System zu erhalten. Die Fernerkundungsstation am OSCM spielt auch eine wichtige Rolle für die Validierung von Erdbeobachtungssatelliten wie METEOSAT und war u.a. Mittelpunkt der von der ESA geleiteten „Aeolus Tropical Atlantic Campaign“ (ASKOS) zur Unterstützung der Wind- und Aerosol-Lidar-Mission Aeolus.
Durch die Förderung von Forschungsinfrastrukturen mit dem ACTRIS-D-Projekt der Nationalen Roadmap des BMBF kann der deutsche Anteil am CVAO-Observatorium nun erneuert und ausgebaut werden. Dazu wird eine Photovoltaikanlage und ein neues Forschungsgebäude errichtet. Das Forschungsgebäude wird die Arbeitsmöglichkeiten am CVAO bereits in allernächster Zeit deutlich verbessern und damit die Grundlage für die Fortsetzung der komplexen Zeitreihenuntersuchungen am CVAO für die nächsten zwei Dekaden legen.
