Jährliche Variabilität und Bildungsmechanismus der asiatische Tropopausen-Aerosolschicht und ihre globalen Auswirkungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stephan Borrmann; Dr. Bärbel Vogel
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448793917

Durch Konvektion im Bereich des asiatischen Sommermonsuns werden troposphärische Spurengase wie Luftschadstoffe und Wasserdampf sehr stark angehoben. Diese Spurengase werden in der antizyklonischen Zirkulation in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) eingeschlossen und tragen zur asiatischen Tropopausen-Aerosol-Schicht (ATAL) bei, die man in dieser Höhenregion in Satellitenbeobachtungen gefunden hat. Es gibt jedoch nur wenige in situ ATAL-Messungen in Asien. ATAL ist ein anthropogenes Signal in der asiatischen Monsunregion, eine der am dichtesten besiedelten Gebiete der Welt mit wachsenden industriell verursachten Emissionen. Die chemische Zusammensetzung der ATAL-Partikel ist bisher unklar. Im weiteren ist der Transport von strahlungsaktiven Substanzen wie Wasserdampf und ATAL-Partikel aus der asiatischen Monsun-Antizyklone in die nördliche extratropische UTLS wichtig. Dort haben kleine Änderungen in der Strahlungsbilanz einen signifikanten Einfluss auf das Klima an der Erdoberfläche.Motiviert durch das fehlende Wissen über ATAL schlagen wir vor in situ ATAL-Messungen mit Simulationen des Lagranschen Transport-Modells CLaMS zu kombinieren. Unser chinesisch-deutsches Projekt möchte folgende Forschungsfragen beantworten:1) Wie ist die jährliche und saisonale Variabilität des ATAL?2) Wo sind die Quellen des ATAL? Wie sind seine Bildungsprozesse und Transportwege? Was ist seine chemische Zusammensetzung? 3) Wie groß ist der Einfluss von ATAL und H2O aus dem asiatischen Monsun auf die nördliche UTLS?Unsere chinesischen Partner haben einen einzigartigen Datensatz (SWOP) von ATAL-Messungen auf Ballonen über die letzten 5 Jahren und beantragen diese Messungen auf längere Zeiträume und zusätzliche Stationen zu erweitern, insbesondere auf das Sichuan Basin eine der stärksten luftveschmutzten Region in China. Zusätzlich werden Messungen auf Höhenforschungsflugzeugen mit ERICA (ERc Instrument for the Chemical composition of Aerosols) analysiert. ERICA ist einweltweit einmaliges Massenspektrometer für Aerosolteilchen, das in Mainz entwickelt und gebaut wurde, und bisher als einziges Messgerät die chemische Zusammensetzung des ATAL vermessen hat.In unserem Projekt werden wir SWOP und ERICA Messungen mit CLaMS Simulationen kombinieren: Trajektorienrechnungen zur Studie von Transportwegen von ATAL-Partikeln und 3-dimensionale Simulation zum globalen Transport mit künstlichen Tracern der Luftmassenherkunft. Die CLaMS Simulationen werden durch die neuen ERA-5 Reanalysen des ECMWF angetrieben, die eine sehr viel höhere räumlich und zeitliche Auflösung haben im Vergleich zu ERA-Interim. CLaMS Simulationen mit ERA-5 sind ein hervorragendes Werkzeug um Transportprozesse in Bereich des asiatischen Monsun und seinen globalen Auswirkungen vertrauenswürdig zu quantifizieren. Mögliche Reglementierung von anthropogenen Emissionen von ATAL-Vorläufern in Asien könnten aus unseren Studien entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Rolf Müller
• Kooperationspartner: Professor Jianchun Bian, Ph.D.