Month: September 2021

Flexpart 10.4 and GFSv16

My latest encounter with joys of input format change: With the change to GFSv16 in March 2021 additional height levels were added to the grib output. Especially heights below 1hPa. What is generally good news, is bad news for Flexpart 10.4 (as of 20 Nov 2019). The additional levels cause incompatability with the readwinds_gfs.f90. Public information on this issue is rare. There is an Issue in Flexparts ticketing system (https://www.flexpart.eu/ticket/305) but thats more related to the mean-wind trajectory module Flextra.

One suggestion is to drop the additional variables with wgrib2, which is somehow dissatisfying (and I could not figure it out on the short run). The only alternative posed ist, to switch to the dev branch (The link in the issue points to a version 9.3.2 legacy branch). So, for 10.4 dev you want to pull git clone https://www.flexpart.eu/gitmob/flexpart --branch dev --single-branch. With that version, Flexpart switches from grib_api to eccodes, so on ubuntu the libraries apt-get install libeccodes-tools libeccodes-dev are required.

At least for my docker setup, i needed to adapt the makefile:

INCPATH1 = /usr/include
INCPATH2 = /usr/include
LIBPATH1 = /usr/lib
F90 = gfortran

Then, compiling worked sucessfully and the binary could handle the new GFS files.

Slightly related: natural earth cartopy downloads

Seems like the default natural earth mirror is temporarily unavailable (e.g., http://naciscdn.org/naturalearth/110m/physical), but there is this fix: https://github.com/SciTools/cartopy/issues/1298#issuecomment-920843582

 

Schnee und Eis soweit das Auge reicht

Hier noch ein kleiner Bericht, den ich ursprünglich für die Vereinszeitung des MV Hof geschrieben habe (Palaverkist, Ausgabe 172, April 2021).

Tromsø, 27. Januar 2020. Das Thermometer zeigt -12°C und endlich geht es los. Zusammen mit rund 100 deutschen und internationalen Kollegen gehe ich abends an Bord des russischen Eisbrechers Kapitan Dranitsyn (12.900 BRZ, Länge 129m, Leistung 16.2MW). Das Ziel ist die Versorgung des Forschungseisbrechers Polarstern (12.600 BRZ, Länge 117m, Leistung 14.1MW), der für die MOSAiC Expedition an einer Eisscholle verankert durch die zentrale Arktis treibt. Dort werden wir unsere Kollegen ablösen und unsererseits 2 Monate die Messungen aufrechterhalten – so zumindest der Plan. Doch zunächst geht es über die winterlich-stürmische Barentssee nach Norden, an Franz-Josef-Land vorbei ins (nichtmehr so) ewige Eis. Die kommenden Monate wird uns eine unvergleichliche Landschaft nur aus Eisschollen, Schnee, Presseisrücken und vereinzelten Rinnen offenen Wassers begleiten. Noch ist davon allerdings nicht viel zu erkennen, es ist Polarnacht und die Scheinwerfer der Dranitsyn reichen nur wenige 100m über den Bug hinaus. Die Temperatur fällt unter -20°C. Zu dieser Jahreszeit ist das einjährige Meereis etwa 1.5m dick, dort wo es von Wind und Strömungen zusammengepresst wird ein Mehrfaches. In aufbrechenden Rinnen bildet sich in wenigen Stunden eine dünne Eisschicht. Trotz der Erfahrung der russischen Crew geht es nur langsam voran, wenn sich die Schollen zusammenschieben lässt sich häufig nur durch mehrmaliges Rammen ein Weg bahnen. Trotz der herausfordernden Eisbedingungen erreichen wir am 28 Februar die Polarstern auf 88.46°N. Nie zuvor erreichte ein Schiff in Fahrt eine nördlichere Position (den Rekord für treibende Schiffe stellte die Polarstern 4 Tage zuvor bei 88.60°N auf). Innerhalb weniger Tage werden Proviant und Versorgungsgüter übergeben, unsere Kollegen machen uns mit Details vertraut und machen sich mit der Dranitsyn auf den Heimweg. Die Temperatur fällt auf -42°C, die kältesten Tage der gesamten Expedition.

Doch wozu der ganze Aufwand? Was soll bei MOSAiC erforscht werden? Die Arktis erwärmt sich stärker und schneller als der Rest der Erde. Verändert sich die Arktis, betrifft das auch unsere mittleren Breiten. Schwächt sich zum Beispiel der Polarwirbel ab, wie zum Beispiel letzten Januar, häufen sich Extremwetterlagen in den mittleren Breiten. Besonders deutlich ist diese Erwärmung im Winter. Bis heute wissen wir aber nicht genau wie Ozean, Meereis und Atmosphäre dann miteinander wechselwirken – es fehlen schlicht genaue Messungen. Keine Überraschung in einer Gegend, die im Winter quasi unerreichbar ist. In Anlehnung an Fridtjof Nansens Fram Expedition 1893-1896 driftet nun die Polarstern innerhalb eines Jahres mit der Transpolarströmung von Ostsibirien am Pol vorbei Richtung Grönland. Von Bord aus erfasst neueste Messtechnik Energie- und Stofftransport von der Stratosphäre bis zum Ozeanboden. Messstationen auf der Scholle erlauben einen detaillierten Blick. Ein Beispiel: Wie schnell wächst das Eis an seiner Unterseite? Wie gut isoliert die Schneedecke auf dem Eis (und verhindert damit starkes Eiswachstum)? Verteilt sich gefallener Schnee gleichmäßig?

Ich betreue das Lidar des Leibniz Instituts für Troposphärenforschung. Ähnlich zu einem Radar wird ein Lichtpuls in die Atmosphäre geschickt und das zurückgestreute Signal empfangen. Aus diesen Messungen lassen sich die Höhe und Eigenschaften von Wolken und Aerosolpartikeln ableiten. Über den ganzen Winter konnten wir erstmalig beobachten wie Waldbrandrauch aus Sibirien in großer Höhe bis zum Nordpol transportiert wurde. Zusätzlich unterstütze ich Kollegen bei ihren Aufgaben auf der Scholle: Manuelle Eisdickenmessungen vornehmen, Messgeräte freischaufeln, Stromkabel vor Rinnen und Presseisrücken in Sicherheit bringen, Ausschau nach Eisbären halten, …

Am 11. März steigt die Sonne zum erstem Mal wieder über den Horizont. Wir treiben schnell nach Süden und im Eis um uns herum ist viel Bewegung. In kurzen Abständen bilden sich Rinnen und Presseisrücken, ständig müssen die Messstationen auf dem Eis angepasst werden. Aber auch an Land herrscht Aufruhr. Norwegen schließt wegen der Covid-19 Pandemie seine Grenzen. Damit ist der ursprüngliche Plan, dass unsere Ablösung im April per Flugzeug eintrifft hinfällig. Auch eine Ablösung per Schiff ist vorläufig nicht möglich, Eisausdehnung und –dicke haben ihr jährliches Maximum. Also abwarten, weiter Daten sammeln und nach Süden treiben. Zu Ostern wir es als Highlight gegrillt, inzwischen ist es 24h lang hell. Mitte April konkretisiert sich eine Lösung für unsere Ablösung. In aufwändigen Planungen konnten die Logistikfachleute des Alfred-Wegener-Instituts zwei andere Forschungsschiffe, Sonne (8500 BRZ, 116m, 6.5MW) und Maria S. Merian (5500 BRZ, 94m, 3.8MW), für die nächste Versorgung verpflichten. Einen Nachteil hat diese Option: Beide Schiffe sind keine Eisbrecher, die Polarstern wird die Scholle verlassen müssen. Um die wissenschaftlichen Geräte auf dem Eis nicht zu gefährden, ist noch einmal voller Einsatz gefragt. In kurzer Zeit wird das gesamte Camp abgebaut und verladen, nur einige autonome Sensoren bleiben zurück. Mitte Mai macht sich die Polarstern auf den Weg nach Spitzbergen, wo die Versorgung und Übergabe stattfinden wird. Auch unser Rückweg gestaltet sich zäher als erwartet, wieder ist das Eis stark komprimiert und unser Vorankommen entsprechend langsam. Anfang Juni erreichen wir den Adventfjord, wo Sonne und Maria S. Merian schon auf uns warten. Auf Reede wird verproviantiert, gebunkert und an unsere Kollegen übergeben. Danach macht sich die Polarstern für weitere 4 Monate auf den Weg ins Eis. Für uns geht es nach Bremerhaven, wo wir nach 140 Tagen erstmals wieder festen Boden betreten.