Using tracer observation with GhOST-MS during TACTS, SALSA, POLSTRACC and WISE to derive age spectra and the halogen budget of the UTLS during different seasons
Final Report Abstract
Dieses Projekt basiert primär auf Daten der PGS, WISE und TACTS Kampagnen mit dem HALO Flugzeug. Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Untersuchung lag darauf, Altersspektren zu bestimmen. Das Altersspektrum stellt eine Transitzeitverteilung dar, die beschreibt, welches Anteile der Luft in einer bestimmten Region bereits wie lange in der Stratosphäre sind. Es ist also eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, die beschreibt, wie lange der letzte Kontakt dieser Luft mit der Troposphäre her ist. Da die einzelnen Bestandteile eines Luftpaketes allerdings irreversibel vermischt sind, ist diese Transitzeitverteilung nicht direkt messbar, sondern kann nur über Modellsimulationen berechnet werden oder muss indirekt aus Beobachtungen abgeleitet werden. Eine solche Methode diese Transitverteilung abzuleiten wurde in diesem Projekt entwickelt. Die Methode basiert darauf, dass während der Transitzeit auch chemischer Abbau stattfindet, so dass hier eine „Zeitinformation“ in den beobachtbaren Mischungsverhältnissen chemisch aktiver Substanzen enthalten ist. Eine solche Methode wurde in diesem Projekt konzeptionell entwickelt und basierend auf Modellrechnungen validiert: Diese Validierung zeigte, dass der zunächst gewählte Ansatz der nur Eintrag aus der tropischen Stratosphäre berücksichtigt, zwar in der mittleren Stratosphäre gut funktioniert, aber nicht geeignet ist die Transitzeitverteilungen in der unteren Stratosphäre zu erklären. Die Methode wurde daraufhin erweitert, so dass auch Eintrag über die extratropische Tropopause berücksichtigt werden kann. Diese erweiterte Methode wurde nun erfolgreich mit Modellrechnungen validiert und liefert für den Bereich ab etwa 30 K potentieller Temperatur über der lokalen Tropopause belastbare Ergebnisse. Die erweiterte Methode wurde anschließend auf Beobachtungsdaten von HALO angewendet, wobei z.B. gezeigt werden konnte, dass die unterste Stratosphäre während des Herbsts durch schnellen Transport an die Troposphäre angekoppelt ist. Neben diesen Arbeiten zur Transitzeitverteilung wurde der Halogeneintrag durch kurzlebige bromierte Verbindungen in die unterste Stratosphäre untersucht. Hier konnte gezeigt werden, dass die Wahl des richtigen Emissionsszenarios in Modellen wichtig ist um die Beobachtungen zu erklären und dass im Winter aufgrund der längeren Lebenszeit eine Akkumulation kurzlebiger bromierter Quellgase stattfindet, die eine erhöhte Quelle für Brom in der Stratosphäre darstellt. Die Arbeiten in diesem Projekt haben direkt zu vier Veröffentlichungen geführt, von denen drei von Erstautoren der Universität Frankfurt geschrieben wurden. Die gewonnen Daten wurden und werden noch weiterhin in anderen Studien eingesetzt.
Publications
- Chlorine partitioning in the lowermost Arctic vortex during the cold winter 2015/2016, Atmos. Chem. Phys., 19, 10757-10772, 2019
Marsing, A., Jurkat-Witschas, T., Grooß, J. U., Kaufmann, S., Heller, R., Engel, A., Hoor, P., Krause, J., and Voigt, C.
(See online at https://doi.org/10.5194/acp-19-10757-2019) - Deriving stratospheric age of air spectra using an idealized set of chemically active trace gases, Atmos. Chem. Phys., 19, 5269-5291, 2019
Hauck, M., Fritsch, F., Garny, H., and Engel, A.
(See online at https://doi.org/10.5194/acp-19-5269-2019) - A convolution of observational and model data to estimate age of air spectra in the northern hemispheric lower stratosphere, Atmos. Chem. Phys., 20, 8763-8785, 2020
Hauck, M., Bönisch, H., Hoor, P., Keber, T., Ploeger, F., Schuck, T. J., and Engel, A.
(See online at https://doi.org/10.5194/acp-20-8763-2020) - Bromine from short-lived source gases in the extratropical northern hemispheric upper troposphere and lower stratosphere (UTLS), Atmos. Chem. Phys., 20, 4105-4132, 2020
Keber, T., Bönisch, H., Hartick, C., Hauck, M., Lefrancois, F., Obersteiner, F., Ringsdorf, A., Schohl, N., Schuck, T., Hossaini, R., Graf, P., Jöckel, P., and Engel, A.
(See online at https://doi.org/10.5194/acp-20-4105-2020)
