Transport durch "Eddy shedding" aus dem asiatischen Monsun als Quelle für Verschmutzung in der untersten Stratosphäre

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Hoor; Professor Dr. Felix Plöger
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502192269

Der Transport verschmutzter Luftmassen aus bodennahen Schichten zur oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre durch den asiatischen Monsun hat signifikanten Einfluss auf die statosphärische Chemie und das Strahlungsbudget der Atmosphäre. Der Transport von Luftmassen aus der Monsunregion in die unterste Stratosphäre (LMS) der Nordhemisphäre wird mitgeprägt durch sog. 'eddy shedding', d.h. die Ablösung von Wirbeln von der Antizyklone des asiatischen Monsuns und Filamentbildung durch das Brechen von Rosssbywellen. Es ist nach wie vor offen, wie dieser Transportprozess abläuft, welche Lebensdauer die Wirbel in der untersten Stratosphäre haben und welche Bedeutung sie für die Zusammensetzung der LMS haben. In diesem Projekt sollen die Transportpfade für die Verschmutzung aus dem asiatischen Monsun in die LMS untersucht werden. Dazu soll eine neuartige Kombination von hochauflösenden in-situ Messugen auf HALO bei PHILEAS und ein neuartiger Diagnostikansatz genutzt werden, um diesen Transport zu charakterisieren. Dazu sollen Messungen von C2H6, CO, CH4 und N2O mit unterschiedlicher Lebensdauer und Quellen und Senken genutzt werden. Das chemisch inerte N2O ermöglicht eine präzise Bestimmung der chemischen Tropopause, um so kleinste Spuren von Verschmutzungstransport in der LMS nachzuweisen. Neuartige C2H6 Messungen mit einer Messfrequenz von 1Hz werden genutzt, um einen eindeutigen Nachweis des troposphärischen Transports in die LMS zu identifizieren, da C2H6 in der Stratosphäre keine chemischen Quellen besitzt. Dies wird genutzt, um ein stratosphärisches Luftmassenbudget des Monsunbeitrags in der LMS zu erstellen. Unterschiedliche Überhöhungsverhältnisse von Verschmutzungstracern in der LMS werden kombiniert mit einer neuen Modelldiagnostik, die innerhalb dieses Projekts zum ersten Mal angewendet werden wird. Die neuartige Diagnostikentwicklung wird es ermöglichen, abgespaltene Wirbel (eddies) als PV Anomalien in globalen Feldern zu verfolgen. Dies wird gekoppelt mit 3D-Simulationen der chemischen Zusammensetzung durch das "Chemische Lagrang'sche Modell der Stratosphäre" (CLaMS), das mit den neuesten hochaufgelösten ERA-5 Reanalysen des Europäischen Zentrums für Mittelfristwettervorhersage (ECMWF) betrieben wird. Die Ergebnisse des Projekts werden erheblich zum Verständnis des Einflusses von Verschmutzung auf die LMS durch den asiatischen Monsun beitragen. Mit der neuartigen Kombination werden wir im Rahmen des Projekts - den Export von Luftmassen aus dem Monsun via "Eddy-shedding" durch die Kombination von Tracermessungen mit der neuartigen Diagnostik untersuchen - Transportpfade und Zeitskalen sowie Zerfall und Mischung der Filamente mit Hilfe der PV-Entwicklung und tropopausenbasierten Profilen von Verschmutzungtracern und ihrer relativen Überhöhungen bestimmen - ein quantitatives Luftmassenbudget des Beitrags des asiatischen Monsuns für die Zusammensetzung der LMS erstellen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the "High Altitude and Long Range Research Aircraft" (HALO)
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Mitverantwortliche: Dr. Harald Bönisch; Professor Dr. Andreas Engel
• Kooperationspartner: Professor Dr. Heini Wernli