Messung und Modellierung stratosphärischer Spurenstoffprofile zur Abschätzung des anorganischen Gesamt-Brom-Budgets

Hartwig Harder

ISBN 978-3-89722-785-9
164 Seiten, Erscheinungsjahr: 2001
Preis: 40.50 €

Bromverbindungen tragen entscheidend zum katalytischen Ozonabbau in der Stratosphäre bei. Bisherige Boden- und Satellitenmessungen der Bromoxid-Gesamtsäule können jedoch über den Eintrag bekannter organischer Bromverbindungen nicht ausreichend erklärt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Doppelspektrograph zur Messung von Vertikalprofilen vom Ballon aus entwickelt. Während drei Ballonflügen wurden Profile von Bromoxid, Ozon und Stickstoffdioxid im Höhenbereich von 9-40km gemessen. Das mittlere Mischungsverhältnis oberhalb der Ballongipfelhöhe wurde in León (Herbst, 42°N, 30km) und Kiruna (Winter, 68°N, 30km) übereinstimmend auf 15±2pptv und in Gap (Sommer, 46°N, 40km) auf 16±2pptv bestimmt. Basierend auf der Auswertemethode von Hegels, [1998], wurden aus Spektren des GOME Satellitenexperiments Bromoxid-Gesamtsäulen bestimmt (León: 5±1 1013 Moleküle cm-2, Kiruna: 7±2 1013 Moleküle cm2). Der Vergleich mit den vom Ballon aus gemessenen stratosphärischen Säulen (León: 2.3±0.4 1013 Molekülecm-2, Kiruna: 4.1±0.61013 Molekülecm-2) ergibt einen troposphärischen Beitrag an der Gesamtsäule von 1.5±0.6pptv BrO in León und Kiruna. Zur Bestimmung des anorganischen Bromgehaltes in der Stratosphäre wurde ein photochemisches Boxmodell entwickelt. Filterradiometermessungen ermöglichten die Validierung eines Strahlungstransportmodells zur Berechnung von Photolysefrequenzen. Diese wurden zusammen mit den gemessenen Spurengaskonzentrationen BrO, NO2 und O3 als Randbedingungen für das Boxmodell verwendet, was für León einen anorganischen Gesamtbromgehalt von 19±3pptv in 32km Höhe ergibt. Das bisherige Verständnis der Photochemie der anorganischen Bromverbindungen [Lary, 1996] wird durch Vergleich der Ballonmessungen während Sonnenuntergangs mit einem 3D Chemietransportmodell, SLIMCAT, für 20±3pptv Gesamtbrom bestätigt.

Bromine compounds contribute significantly to stratospheric ozone depletion. The total BrO columns measured from ground and satellites however are too large to be explained by the transport of organic bromine into the stratosphere. Therefore a UV/visible spectrograph for balloon-borne measurements of vertical profiles was developed. This instrument was deployed in three flights measuring the stratospheric profiles of bromine oxide, ozone and nitrogen dioxide between 9 and 40 km height. The average mixing ratio of BrO above the summit height was determined as 15±2pptv accordingly in León (autumn, 42°N, 30km) and Kiruna (winter, 68°N, 30km) and to 16±2pptv in Gap (summer, 46°N, 40km). Total BrO columns were determined by the evaluation of spectra from the satellite-borne experiment GOME using an already existing evaluation method [Hegels, 1998] (León: 5±1 1013 molec. cm-2, Kiruna: 7±2 1013 molec. cm2). Comparison with the stratospheric columns measured with the balloon experiment (León: 2.3±0.4 1013 molec.cm-2, Kiruna: 4.1±0.61013 molec.cm-2) indicate a tropospheric contribution to the total column of 1.5±0.6pptv BrO in León and Kiruna. A photochemical box model was developed to determine the total bromine content of the stratosphere. Filterradiometer measurements provided the means to validate a radiation transport model which was used to calculate photolysis frequencies. These and the measured concentrations of BrO, NO2 and O3 were used as parameters in the box model, resulting in a total inorganic bromine content of 19±3pptv in 32km height for León. The current understanding of the photochemistry of bromine oxide [Lary, 1996] tested by comparison of the balloon measurements during sunset with a generally accepted 3D chemical transport model, SLIMCAT, was confirmed for 20±3pptv total bromine.