Regelmäßige massenspektrometrische Messungen von Aerosolpartikeln in der oberen Troposphäre und untersten Stratosphäre (AMS-CARIBIC 2)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Partikel in der oberen Troposphäre und untersten Stratosphäre beeinflussen die Strahlungsbilanz der Erde aufgrund ihrer langen Lebensdauer in dieser Atmosphärenregion, der Oberfläche, die sie für eine heterogene Chemie bieten und ihrer Rolle bei der Bildung von Eiswolken erheblich. Die Partikelgrößenverteilung und die chemische Zusammensetzung sind dabei die wichtigsten Aerosolparameter. Aufgrund technischer und finanzieller Herausforderungen ist unser Wissen über diese Parameter jedoch bei weitem nicht vollständig. Aus diesem Grund wurde 1994 das CARIBIC-Projekt ins Leben gerufen. In diesem Projekt wurden regelmäßige Messungen von Spurengasen und Aerosolpartikeln in 8-12 km Höhe mit einem Instrumentencontainer durchgeführt, der an Bord eines Verkehrsflugzeugs geflogen wurde. In einem Vorgänger-DFG-Projekt wurde für CARIBIC ein flugfähiges Aerosol- Massenspektrometer (AMS) gebaut. Dieses CARIBIC-AMS kann quantitative Partikelmassenkonzentrationen von nicht-hitzebeständigen Aerosolspezies, wie Organika, Nitrat, Sulfat, Ammonium und Chlorid, im Größenbereich von 50 - 800 nm Partikeldurchmesser messen. Um die Messfähigkeiten des CARIBIC-AMS zu beurteilen, wurden im Rahmen dieses Projekts mehrere Bodentests durchgeführt. Die Übereinstimmung zwischen dem CARIBIC-AMS und den Referenzgeräten war deutlich besser als die für AMS-Geräte üblicherweise angegebene Unsicherheit von 30 %. Um quantitative Partikelmassenkonzentrationen zu erhalten, wurde die materialabhängige Ionisierungseffizienz (Ionen pro Molekül einer Verbindung) des CARIBIC-AMS bestimmt. Auch die Fähigkeit größenaufgelöste Massenkonzentrationen zu messen wurde getestet und das CARIBIC-AMS zeigt eine bessere Leistung als die klassische AMS-Anordnung. Neben Bodenkalibrierungen wurden auch In-Flight-Kalibrierungen programmiert und in das automatisch laufende CARIBIC-AMS implementiert. Für die Instrumentenkontrollen zwischen den Flugsequenzen wurden Prüfroutinen entwickelt und implementiert. Im Mai 2018 wurde das CARIBIC-AMS zum ersten Mal geflogen. Es wurden eine Reihe von 46 Messflügen durchgeführt, bis Lufthansa im März 2020 beschloss, das CARIBIC-Flugzeug wegen der COVID-19-Lockdowns am Boden zu lassen. Das Flugzeug wurde nicht wieder in Betrieb genommen und damit endeten vorerst die CARIBIC-AMS-Messungen. Nicht alle Flüge lieferten brauchbare Daten, da das vollautomatische CARIBIC-AMS die für neue Geräte üblichen Anfangsprobleme hatte. Die verfügbaren Daten wurden auf ihre Qualität geprüft und im Hinblick auf Fallstudien wie den Vulkanausbruch am Raikoke im Jahr 2019 analysiert. Die Zeit ohne Trägerplattform wurde auch genutzt, um das CARIBIC-AMS in einer Forschungskampagne zu fliegen. Die Datenanalyse und entsprechende Veröffentlichungen sind in Arbeit. Nach einem erfolgreichen Flugzeugwechsel auf einen neuen Airbus A350 der Lufthansa werden die CARIBIC-AMS-Messungen hoffentlich Ende 2025 wieder aufgenommen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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First results of aerosol mass spectrometer measurements on board of a passenger aircraft within the IAGOS-CARIBIC project, Presentation at the European Aerosol Conference (EAC), Aachen, Germany, 30. August - 4. September, 2020
Schulz, C. et al.
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Impact of the Raikoke volcanic eruption 2019 on the Northern Hemisphere UT/LS aerosol load and properties as seen from IAGOS-CARIBIC in-situ observations. Presentation at the European Aerosol Conference (EAC), Aachen, Germany, 30. August - 4. September, 2020
Petzold, A. et al.
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Evolution of the Raikoke volcanic plume in the Northern Hemisphere UT/LS over 9 months past eruption as seen from IAGOS-CARIBIC in-situ observations. Presentation at the EGU General Assembly, Vienna, Austria, 19. - 30. April, 2021
Petzold, A. et al.
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Spatiotemporal Distributions of Aerosol Particles at the Northern Hemispheric Extratropical Tropopause based on IAGOS-CARIBIC Observations, Presentation at the TP Challenges Conference, Mainz, Germany, 11.-15. March, 2024
Hermann, M. et al.
