Qualitative und quantitative Analyse einer Episode erhöhter troposphärischer Spurengassäulen über dem afrikanischen Kontinent im September 1997

Berichte aus dem Institut für Umweltphysik, Bd. 37

Julian Meyer-Arnek

ISBN 978-3-8325-1966-7
344 Seiten, Erscheinungsjahr: 2008
Preis: 41.50 €

W�hrend des Septembers 1997 wurden aus Messungen des Instrumentes GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) massiv erh�hte troposph�rische Spurengass�ulen von Ozon (O₃), Stickstoffdioxid (NO₂) und Formaldehyd (HCHO) �ber dem afrikanischen Kontinent abgeleitet.

Ziel der Arbeit ist die qualitative und quantitative Zuordnung dieser Spurengaserh�hungen zu definierten Quellprozessen. Als Quellen von Luftschadstoffen kommen im betreffenden Zeitraum Biomassenverbrennung (BMV), biogene Emission (BE) von hochreaktiven organischen Verbindungen sowie Gewitteraktivit�t infrage. BMV wurde w�hrend des Untersuchungszeitraumes im s�d�stlichen zentralen Afrika von satellitenbasierten Instrumenten beobachtet. BE findet vor allem in Gebieten dichter Vegetation (Urw�lder, bewaldete Savannen) im �quatorialen Afrika statt. Die Gewitterintensit�t weist ihr globales Maximum ebenfalls im �quatorialen Afrika auf. Anthropogene Verursacher k�nnen nach einer Analyse der Emissionskataster weitgehend ausgeschlossen werden.

In einem ersten Schritt wird der Transport der Luftmassen ausgehend von den potentiellen Emittenten mittels einer Trajektorienanalyse qualitativ diskutiert. Bei Ber�cksichtigung einiger Annahmen, die aus der Kenntnis der Chemie in der Troposph�re resultieren, ergibt sich im Allgemeinen eine sehr gute �bereinstimmung der r�umlichen Verteilungen der betrachteten Spurengase.

Diskrepanzen treten vor allem beim Transport in der oberen Troposph�re auf. Dies manifestiert sich vor allem bei der Betrachtung von Substanzen, die in dieser H�he langlebig sind. Gegen�ber der GOME-Analyse verl�uft der modellierte ostw�rts gerichtete Transport von Luftmassen die durch BMV beeinflusst sind etwa 10 Grad zu weit s�dlich. Dies ist wahrscheinlich auf fehlerhafte Meteorologiefelder des Europ�ischen Zentrums f�r mittelfristige Wettervorhersagen (EZMW) in der oberen Troposph�re zur�ckzuf�hren.

Um die von den einzelnen Quellprozessen generierten Spurengasmengen quantitativ zu bewerten, wird die >Vorw�rtsmethode< angewandt. Dabei wird die Transportanalyse mit einer Analyse der in den Luftpaketen ablaufenden Chemie verkn�pft.

Hierzu wird das Chemiemodell BRAPHO (Bremen�s Atmospheric PHOtochemical model), das die in einem geschlossenen Luftpaket ablaufenden chemischen Reaktionen einer gro�en Zahl von Substanzen beschreibt, f�r die Analyse der troposph�rischen Chemie weiterentwickelt und auf einer gro�en Anzahl von Trajektorien angewandt. Dieses Modell beschreibt somit sowohl den Transport als auch die in den betrachteten Luftmassen ablaufende Chemie.

Die resultierenden kombinierten troposph�rischen Ozon-, NO₂- und HCHO-S�ulen entsprechen sowohl bez�glich ihrer r�umlichen Verteilung als auch ihres Wertebereiches denen, die sich aus der GOME-Analyse ergeben. Die kombinierten S�ulen beinhalten alle in dieser Arbeit ber�cksichtigen Emissionsprozesse.

Die Vorw�rtsmethode ist geeignet, die Auswirkung einzelner Emissionsprozesse isoliert von weiteren atmosph�rischen Vorg�ngen und damit frei von Wechselwirkungen zu studieren.