Long-term evolution of stratospheric aerosol extinction and particle sizes at northern mid and high latitudes
Final Report Abstract
Die stratosphärische Sulfat-Aerosolschicht ist von fundamentaler Bedeutung für die Physik und Chemie der Atmosphäre. Stratosphärische Sulfat-Aerosole erhöhen die planetare Albedo und führen zu einer Abkühlung der Erdoberfläche. Von besonderer Bedeutung für die physikalischen und chemischen Effekte stratosphärischer Sulfat-Aerosole ist die Aerosol-Größenverteilung, die noch immer nicht vollständig verstanden ist. Publizierte Werte der Teilchengrößen unterscheiden sich zum Teil erheblich. Im Rahmen des Projekts wurden Methoden entwickelt, implementiert und angewandt, um aus den Mehrfarbenmessungen des ALOMAR Rayleigh-Mie-Raman Lidars in Nord-Norwegen erstmalig Rückstreuverhältnisse stratosphärischer Aerosole abzuleiten. Die Rückstreuverhältnisse bei den Wellenlängen 532 nm und 1064 nm wurden verwendet, um in einem ersten Schritt Information über die Teilchengröße der Aerosole zu gewinnen. Mittels der Größeninformation war die Bestimmung des Lidar-Verhältnisses möglich, was wiederum die Berechnung von Aerosolextinktionskoeffizienten ermöglichte. Die entwickelten Methoden wurden auf monatsgemittelte Messungen des gesamten Datensatz verfügbarer Mehrfarbenmessungen des ALOMAR RMR Lidars von 2000 bis in die Gegenwart angewendet. Die Highlights des Projektes waren (a) die erstmalige Implementierung und Anwendung einer Methode zur Bestimmung von Größeninformation stratosphärischer Sulfat-Aerosole mittels Lidar-Messungen; (b) die Messung unerwarteter und aktuell nicht verstandener Aerosolsignaturen mit einer ungewöhnlich kleinskaligen Vertikalstruktur; (c) die erstmalige Messung eines Tagesgangs in stratosphärischen Aerosolen; (d) ein Erklärungsansatz für die systematische Überschätzung von Aerosol-Teilchenradien, die aus Okkultations-Messungen abgeleitet wurden, verglichen mit Bestimmungen mittels anderer Messmethoden, beispielsweise Lidar-Messungen. Die im Rahmen des Projekts gewonnenen Ergebnisse bestätigen das große Potential der ALOMAR RMR-Lidar Messungen zur Untersuchung stratosphärischer Aerosole. Insbesondere die außergewöhnliche Tageslichtfähigkeit des Lidars ist von großem Vorteil, da sie Messungen auch während des Polartags ermöglicht. Zukünftige Untersuchungen sollten sich insbesondere auf die Auswertung der Messungen mit höherer zeitlicher Auflösung konzentrieren, sowie mit dem physikalischen Verständnis der entdeckten kleinskaligen Aerosolsignaturen und des gefundenen Tagesgangs.
Publications
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Berechnung von Aerosolparametern aus Lidarmessungen der Alomar Station, Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Erlangen, 4. – 9. März, 2018
Zalach, J., C. von Savigny, A. Langenbach (Brand), G. Baumgarten und F. -J. Lübken
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Bestimmung der zeitlichen Entwicklung stratosphärischer Aerosolparameter über Nordnorwegen aus LIDAR-Messungen, Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, München, 17. – 22. März, 2019
Zalach, J., C. von Savigny, A. Langenbach, G. Baumgarten und F. -J. Lübken
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Challenges in retrieving stratospheric aerosol extinction and particle size from RMR-LIDAR observations, 10th International Limb Workshop, Greifswald, 4. – 7. Juni 2019
Zalach, J., C. von Savigny, A. Langenbach, G. Baumgarten und F. -J. Lübken
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Year-round stratospheric aerosol backscatter ratios calculated from lidar measurements above northern Norway, Atmos. Meas. Tech., 12, 4065 – 4076
Langenbach, A., Baumgarten, G., Fiedler, J., Lübken, F.-J., von Savigny, C., and Zalach, J.
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Issues related to the retrieval of stratospheric-aerosol particle size information based on optical measurements, Atmos. Meas. Tech., 13, 1909 – 1920
von Savigny, C. and Hoffmann, C. G.
