Characterization of European aerosol by regional modelling and lidar measurments
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Zielsetzung des beantragten Projektes war es, die Charakterisierung der europäischen Aerosolverteilungen für typische Wettersituationen mit Hilfe von regionalen Modellsimulationen und der Analyse von Lidardaten zu verbessern. Dazu wurden Fallstudien ausgewählt, zu denen umfangreiche Beobachtungsdaten des europäischen EARLINET Lidar-Netzwerks vorlagen. Die Modellsimulationen wurden mit dem regionalem gekoppelten Modellsystem COSMO-MUSCAT (COSMO: Consortium for Small-scale Modeling; MUSCAT: MultiScale Chemistry Model) durchgeführt. Mit dem Modell wurden zunächst zwei Fallstudien simuliert. Dabei handelte es sich um Zeiträume im Juli. 2006 sowie Februar 2007. Diese Perioden wurden so ausgewählt, dass sie einerseits deutlich unterschiedliche Wettersituationen repräsentieren, andererseits genügend Messdaten der EARLINET Stationen vorlagen. Aus den simulierten Extinktionsprofilen wurden Rückstreu-Effizienzen mit einem Lidarverhältnis für die entsprechenden Aerosoltypen berechnet. Generell zeigen die Vergleiche der Modellergebnisse mit den verschiedenen Messdaten gute Übereinstimmung. Für den Fall von Saharastaubtransport nach Europa ist eine Beschreibung des Aerosoleintrags an den Modellrändern durch externe Daten wichtig. Vergleiche von einzelnen Rückstreuprofilen des Weltraumlidars CALIOP weisen auf eine Überschätzung der modellierten Aerosol-Rückstreukoeffizienten hin, vor allem in Regionen, die von marinem und Staubaerosol beeinflusst werden. Das Aussortieren solcher Profile mittels der sogenannten ‚features mask’ führt zu einer Verbesserung der Vergleichbarkeit von Modellergebnissen und Messdaten. Ein weiteres Ziel war die Berechnung der Auswirkungen der Verteilung des teilweise absorbierenden europäischen Aerosols auf die Atmosphärendynamik. Da aus anthropogenen Quellen stammendes kontinentales Aerosol einen deutlichen Anteil an im solaren Wellenlängenbereich absorbierenden Rußaerosols aufweist, modifiziert das Aerosol – je nach vertikaler Verteilung – die atmosphärischen Erwärmungsraten und bewirkt dadurch Veränderungen in der Wolkenbedeckung. Dieser sogenannte semi-direkte Aerosoleffekt wurde als Differenz zwischen dem Gesamteffekt und dem direkten Strahlungsantrieb der Aerosolverteilung berechnet. Hierbei stellt es sich heraus, dass der semi-direkte Effekt in den untersuchten Fällen dem direkten Effekt entgegengesetzt war, aber durchaus von ähnliche oder sogar im Betrag höhere Werte als der direkte Aerosoleffekt und damit einen wichtigen Einfluss auf den atmosphärischen Strahlungshaushalt in Europa hat. Als Schwachstelle des Modells erwies sich die mangelhafte Simulation der Verteilung des Marinen Aerosols, welches die Küstenregionen und auch weiter Inland gelegene Stationen stark beeinflusste. Es wurde für das Modell COSMO-MUSCAT mehrere Aerosolparametrisierung für marine Aerosolemissionen getestet. Bei dem Vergleich von Modellergebnissen mit Messungen in den Tropen und bei Stationen in mittleren Breiten heraus, dass eine Übereinstimmung mit Messungen nur unter der Annahme einer Temperaturabhängigkeit der Emission mariner Aerosolpartikel möglich war. Solch ein Zusammenhang wurde bereits in einigen Messungen nachgewiesen ist aber bisher noch nicht in der großskaligen Aerosolmodellierung berücksichtigt worden. Die Berechnung der marinen Aerosole in mehreren Größenklassen ermöglicht die direkte Berechnung der Extinktion des marinen Aerosols. Zusammenfassend zeigte sich, dass sowohl bodengestützte Lidardaten als auch Satellitendaten von Aerosolrückstreuungsprofilen nützliche Zusatzinformationen zur Modellevaluierung für europäisches Aerosol liefern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Regional aerosol modeling in Europe: Evaluation with focus on vertical profiles and radiative effects, Dissertation, Universität Leipzig, 2013
Jessica Meier
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2012. A regional model of European aerosol transport: Evaluation with sun photometer, lidar and air quality data, Atmos. Environment, 47, 519-532
Meier, J. I. Tegen, I. Mattis, R. Wolke, L. Alados Arboledas, A. Apituley, D. Balis, F. Barnaba, A. Chaikovsky, M. Sicard, G. Pappalardo, A. Pietruczuk, D. Stoyanov, F. Ravetta, V. Rizi
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2012. Direct and semi-direct radiative effects of absorbing aerosols in Europe: Results from a regional model, Geophys. Res. Lett., 39
Meier, J., I. Tegen, B. Heinold, R. Wolke
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Model study on the dependence of primary marine aerosol emission on the sea surface temperature, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 14, 377-434, 2014
Barthel, S., Tegen, I., Wolke, R., and van Pinxteren, M.
