Flugzeuggetragene Messungen halogenierter Spurengase in der oberen Troposphäre und untersten Stratosphäre
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Themen des Projekts waren: (i) interhemispherische Gradienten halogenierter Spurengase in der oberen Troposphäre, (ii) vom südasiatischen Sommermonsun beeinflusste Luftmassen und (iii) Hydro(chlor)fluor-Olefine in der Tropopausenregion. Abweichungen vom Projektplan ergaben sich durch die Covid-19-Pandemie, da ab März 2020 die IAGOS-CARIBIC-Flüge eingestellt wurden. Die Wiederaufnahme ist mit einem komplett neuen Container-Labor an Bord eines neuen Flugzeugs ab 2023 geplant. Der Luftprobensammler als Teil des Projekts wurde wegen neuer technischer Vorgaben verzögert fertiggestellt und wird im Rahmen der Zulassung des gesamten Instrumentenpakets 2022 zertifiziert werden. Zusätzlich wurden vorbereitende Arbeiten für eine neue Steuer- und Pumpeneinheit für den zukünftigen Betrieb des Sammlers durchgeführt. In die Auswertung interhemisphärischer Gradienten halogenierter Spurengase flossen SF6- und N2O-Daten von 7380 Proben und Daten halogenierter Gase von 577 im aktuellen Projekt untersuchten Proben ein. Ergänzend wurden SF6-Daten der SouthTRAC-Messkampagne des Forschungsflugzeugs HALO verwendet. Für SF6 ergab sich in der nördlichen oberen Troposphäre ein mittlerer Zeitversatz relativ zum nordhemisphärischen Mittel an Hintergrundstationen von 0,5 Jahren und von 0,7 Jahren in der südlichen oberen Tropopshäre. Im Vergleich der Messdaten mit Ergebnissen des AGAGE 12-Box-Modells ergaben Sensitivitätsstudien, dass Emissionen, die aus den Messwerten an Bodenstationen abgeleitet wurden, um ca. 2,5 % nach oben korrigiert werden müssen. Dies deutet darauf hin, dass genauere Emissionsabschätzungen erreicht werden können, wenn Messwerte aus der oberen Troposphäre als Ergänzung zu Daten von Bodenmessstationen verwendet werden. Weiterhin zeigten die Sensitivitätsstudien, dass die Standard-Parametrisierung des Transports zwischen nördlichen Extra-Tropen und Tropen und über den Äquator im Modell zu langsam ist, aber der Transport zwischen den Tropen und Extra-Tropen der Südhemisphäre im Modell zu schnell abläuft. Da im Projektzeitraum keine Flüge nach Südasien stattfanden, konnten die Verteilungen halogenierter Spurengase im südasiatischen Sommermonsun nicht untersucht werden. Basierend auf existierenden Daten wurde jedoch ein Algorithmus zur Identifizierung sogenannter Ausreißer weiterentwickelt, mit dem es nun möglich ist, automatisiert Proben mit der typischen Luftmassensignatur des südasiatischen Sommermonsuns zu identifizieren: diese enthalten erhöhte Mischungsverhältnisse von CH4, N2O, CO und SF6 aber weniger CO2 als der Hintergrundwert. Im dritten Teil des Projekt wurden neuartige kurzlebige fluorierte Verbindungen in der oberen Troposphäre untersucht, sogenannte Hydro(chlor)fluor-Olefine (H(C)FO). In einer kleinen Anzahl von Proben, 23 und 25 von insgesamt 446, waren messbare Mengen von HFO-1234ze(E) oder HCFO-1233zd(E) enthalten. Dies zeigt das Potenzial dieser Stoffe, trotz ihrer kurzen Lebensdauern die obere Troposphäre zu erreichen. Hier sind ihre lokalen Lebensdauern durch niedrige Temperaturen und OH-Konzentrationen länger. Der im Rahmen des Projekts gebaute Probensammler wird ab 2023 regelmäßig auf IAGOS-CARIBIC-Flügen eingesetzt werden. Weitere Studien auf Basis der bisher existierenden Daten sind geplant, insbesondere die weitere Auswertung der interhemisphärischen Gradienten und die Weiterentwicklung des Ausreißerfilters hin zu einem komplexeren Klassifizierungsschema auf Basis von Clustering-Algorithmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Stability of Halocarbons in UTLS Whole Air Samples in Stainless Steel Canisters PICO presentation at the European Geosciences Union General Assembly, April 2019
Tanja Schuck, Elisa Rittmeier, Ann-Katrin Blank & Andreas Engel
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Stability of halocarbons in air samples stored in stainless- steel canisters. Atmospheric Measurement Techniques, 13(1), 73-84.
Schuck, Tanja J.; Blank, Ann-Katrin; Rittmeier, Elisa; Williams, Jonathan; Brenninkmeijer, Carl A. M.; Engel, Andreas & Zahn, Andreas
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15 years of sample collection in the Upper Troposphere with the IAGOS- CARIBIC observatory: 2005 - 2020 Inaugural lecture delivered at the Institute for Atmospheric and Environmental Sciences, Goethe University Frankfurt, January 2021
Tanja Schuck
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Atmosphärenforschung uber den Wolken: 15 Jahre IAGOS-CARIBIC Invited presentation at the German Weather Service and the University Duisburg-Essen, Essener Klimagesprüche, March 2021
Tanja Schuck
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Detection of Fourth Generation Synthetic Halocarbons in the Upper Troposphere. Copernicus GmbH.
Schuck, Tanja; Meixner, Katharina; van Velthoven, Peter; O.’Doherty, Simon; Vollmer, Martin; Engel, Andreas & Zahn, Andreas
