Ausreichend große und clever angelegt Solarparks könnten das Wetter in küstennahen Wüstengebieten so beeinflussen, dass es regnet. Ein ähnlicher Effekt lässt sich voraussichtlich auch durch künstliche Dünen mit mehreren 100 Meter Höhe erreichen. So lauten die Einschätzung eines Forschungsteams der Universität Hohenheim in Stuttgart. Ihre These wollen sie jetzt in der Wüste der arabischen Halbinsel erhärten. Geplant sind intensive 3-D-Wetter-Analysen und hochauflösende Computer-Simulation. Möglich macht dies ein hochdotierter Forschungspreis der Vereinigten Arabischen Emirate: Das sogenannte UAEREP-Programm schreibt jedes Jahr 5 Millionen US-Dollar aus, um internationale Spitzenforschung für verstärkten Regen in Wüsten und Halbwüsten zu verwirklichen. In diesem Jahr erhielten insgesamt drei Forschungsteams die Spitzenförderung – aus weltweit insgesamt 120 Einreichungen. Die Universität Hohenheim ist bereits zum zweiten Mal darunter.
Das Wetter in Wüsten studieren sie bereits seit über zehn Jahren. Und auch mit den Wüsten der arabischen Halbinsel sind sie bereits gut vertraut: Dr. Oliver Branch und Prof. Dr. Volker Wulfmeyer von der Universität Hohenheim. Nun glauben die Erdsystem-Wissenschaftler, einen neuen Ansatz gefunden zu haben, um Regen in die Trockenregion zu bringen.
Die Forschung von Dr. Branch und seinem Team vom Institut für Physik und Meteorologie könnte dazu führen, das Landschaftsbild in küstennahen Wüstenregionen einmal radikal verändern. Ihre Vision: eine Kulturlandschaft, in der riesige Solarparks schwarz in der Sonne glitzern. Dazwischen bauen großflächige Felder mit Ölfrüchten wie Jojoba oder Jatropha neuen Boden auf. Aus dieser Ebene ragen pyramidenförmige Dünen auf - aufgeschüttet von Menschenhand und mehrere 100 Meter hoch.
In dieser Zukunft treibt ein Bruchteil des Solarstroms die Pumpen an, die die Pflanzungen mit Grundwasser aus Zisternen bewässern. Die Pflanzen kühlen die heiße Luft herunter, was den Wirkungsgrad der Solarmodule erhöht. Vom nahen Meer strömen Winde heran. Im Sommer bilden sich an günstigen Tagen Wolken, die sich mit Regen entladen.
Heiße Solar-Paneele lassen feuchte Winde aufsteigen
Den Effekt, den die Forscher nutzen wollen: Schon jetzt erwärmt sich die Luft über schwarzen Solarmodulen stärker als in der Umgebung. Vom Meer strömen feuchte Winde nach. Die warme Luft steigt auf und Turbulenz entsteht.
„Unser Kalkül: Sobald künftige Solarparks eine bestimmte Größe überschreiten, würden sie der warmen Luft genug Auftrieb geben, dass diese Atmosphärenschichten erreicht, in denen sich Wolken bilden können. Dort kondensierte das Wasser. Es entstehen Regen und Gewitter“, erklärt Dr. Branch.
Eine ähnliche Wirkung könnten auch große künstliche Dünen haben. „Aus der Forschung wissen wir, dass zum Beispiel Bergkuppen Windströmungen so umleiten, dass sie aufeinanderprallen, aufsteigen, Wolken formen und abregnen“, ergänzt der Institutsleiter, Prof. Dr. Volker Wulfmeyer.
Einfache Theorie erfordert hochkomplexe Analysen
So einfach die Theorie erscheinen mag, so komplex ist der Forschungsbedarf: „Die Grundprinzipien sind bekannt, für ein solches Projekt kommt es auf die Details an. Dazu müssen wir die Prozesse vor Ort ganz genau studieren“, so Dr. Branch.
Für diese Messungen setzt das Team der Universität Hohenheim auf Hochleistung-Lasersysteme, die sie neben bestehende Solarparks aufstellen: sogenannte LiDARs. „Mit diesen LiDARs können wir die Temperaturen, Luftfeuchtigkeit und Windbewegungen dreidimensional vermessen: vom Solarpark bis zur Küste und senkrecht hoch bis in die Luftschichten, in denen Wolken entstehen.“
Dabei hilft, dass in den Vereinigten Arabischen Emiraten bereits einige der größten Solaranlagen der Welt stehen. Darunter der Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park nahe Dubai als weltgrößter Standort.
Hochleistungsrechner ermöglichen passende Wettermodellierung
Mit diesen Messdaten entwickelt die Arbeitsgruppe der Universität Hohenheim ein hochauflösendes Computermodell, das die Prozesse genau simuliert.
„Im ersten Schritt trainieren wir das Modell mit den Messdaten, bis es die realen Prozesse genau abbildet. In einem zweiten Schritt können wir dann Vorhersagen machen: Wie wirkt es sich aus, wenn wir den Solarpark vergrößern oder Form und Größe einer künstlichen Düne verändern? Auf diese Weise können wir dann den optimalen Standort, das optimale Ausmaß und passende Design von Solarparks und Kunstdünen ermitteln.“
Bis auf 100 Meter genau soll das Computermodell die Wettervorgänge darstellen. Möglich ist dies nur im Verbund mit den Hochleistungsrechnern „Hunter“ und „HoreKa“ an der Universität Stuttgart und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT).
Preisverleihung auf festlichem Gala-Abend in Abu Dhabi
Mit diesem Ansatz überzeugte der Wissenschaftler der Universität Hohenheim auch die Fachgremien des Research Programm für Rain Enhancement Sciences. In diesem Programm schreibt die Regierung der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) jährlich weltweit 5 Millionen US-Dollar für internationale Spitzenforschung aus.
Das Ziel sind wissenschaftlich fundierte Methoden, um die Regenbildung über Wüsten und Halbwüsten zu verstärken. Jedes Jahr sollen maximal fünf Forschungsprojekte für jeweils drei Jahre finanziert werden.
Verliehen wurde die Forschungsförderung in Form eines Preises bei einem Gala-Abend am 22. Januar in Abu Dhabi (VAE). Neben dem Projekt von Dr. Branch wurden noch je ein Team aus Österreich und aus den USA ausgezeichnet (
https://www.uaerep.ae/media/press/view?aID=772&locale=en).
Besondere Herausforderungen bei Forschungsarbeiten in der Wüste
Für Prof. Dr. Wulfmeyer war es bereits das zweite Mal, dass er sich bei diesem Event unter den Gästen befand: 2015 gehörte er selbst zu den ersten drei Preisträgern des Programms. Damals als junger Postdoc in seinem Team: Dr. Branch, der diesmal als Projektleiter geehrt wurde.
Auf ihre damaligen Arbeiten kann Dr. Branch nun zurückgreifen – und weiter in Richtung Praxisreife entwickeln. Damals betraten die Meteorologen auch technisches Neuland in der Wüste: „Selbst in Europa müssen wir unsere Laser kühlen. Die Wüstentemperaturen waren für diese Klimaanlagen eine besondere Herausforderung, denn ohne zusätzliche Kühlung hätte es leicht passieren können, dass die Elektronik heiß läuft oder die Optik sich verbiegt“, so Prof. Dr. Wulfmeyer.
Ein weiteres Problem, das die Wissenschaftler im Auge behalten müssen: freilaufende Kamele. „Wir wurden gewarnt, dass die Tiere nachts gern mal Kabel durchknabbern“, berichtet Dr. Branch. Doch auch dafür werden er und sein Team noch eine Lösung finden.