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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 €
Während des Septembers 1997 wurden aus Messungen des
Instrumentes GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) massiv erhöhte
troposphärische Spurengassäulen von Ozon (O
3), Stickstoffdioxid (NO
2)
und Formaldehyd (HCHO) über dem afrikanischen Kontinent abgeleitet.
Ziel der Arbeit ist die qualitative und quantitative
Zuordnung dieser Spurengaserhöhungen zu definierten Quellprozessen. Als Quellen
von Luftschadstoffen kommen im betreffenden Zeitraum Biomassenverbrennung
(BMV), biogene Emission (BE) von hochreaktiven organischen Verbindungen sowie
Gewitteraktivität infrage. BMV wurde während des Untersuchungszeitraumes im
südöstlichen zentralen Afrika von satellitenbasierten Instrumenten beobachtet.
BE findet vor allem in Gebieten dichter Vegetation (Urwälder, bewaldete
Savannen) im äquatorialen Afrika statt. Die Gewitterintensität weist ihr
globales Maximum ebenfalls im äquatorialen Afrika auf. Anthropogene Verursacher
können 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 Berücksichtigung einiger Annahmen, die aus der
Kenntnis der Chemie in der Troposphäre resultieren, ergibt sich im Allgemeinen
eine sehr gute Übereinstimmung der räumlichen Verteilungen der betrachteten
Spurengase.
Diskrepanzen treten vor allem beim Transport in der
oberen Troposphäre auf. Dies manifestiert sich vor allem bei der Betrachtung
von Substanzen, die in dieser Höhe langlebig sind. Gegenüber der GOME-Analyse
verläuft der modellierte ostwärts gerichtete Transport von Luftmassen die durch
BMV beeinflusst sind etwa 10 Grad zu weit südlich. Dies ist wahrscheinlich auf
fehlerhafte Meteorologiefelder des Europäischen Zentrums für mittelfristige
Wettervorhersagen (EZMW) in der oberen Troposphäre zurückzuführen.
Um die von den einzelnen Quellprozessen generierten
Spurengasmengen quantitativ zu bewerten, wird die >Vorwärtsmethode<
angewandt. Dabei wird die Transportanalyse mit einer Analyse der in den
Luftpaketen ablaufenden Chemie verknüpft.
Hierzu wird das Chemiemodell BRAPHO (Bremen’s Atmospheric
PHOtochemical model), das die in einem geschlossenen Luftpaket ablaufenden
chemischen Reaktionen einer großen Zahl von Substanzen beschreibt, für die
Analyse der troposphärischen Chemie weiterentwickelt und auf einer großen
Anzahl von Trajektorien angewandt. Dieses Modell beschreibt somit sowohl den
Transport als auch die in den betrachteten Luftmassen ablaufende Chemie.
Die resultierenden kombinierten troposphärischen Ozon-,
NO
2- und HCHO-Säulen entsprechen sowohl bezüglich ihrer räumlichen
Verteilung als auch ihres Wertebereiches denen, die sich aus der GOME-Analyse
ergeben. Die kombinierten Säulen beinhalten alle in dieser Arbeit berücksichtigen
Emissionsprozesse.
Die Vorwärtsmethode ist geeignet, die Auswirkung
einzelner Emissionsprozesse isoliert von weiteren atmosphärischen Vorgängen und
damit frei von Wechselwirkungen zu studieren.