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Transport und Mischung in der Tropischen Tropopausenregion

Authors
Publication Date
Keywords
  • Stratosphäre
  • Troposphäre
  • Dynamik
  • Meteorologie
  • Tropen
  • Ttl
  • Ddc:550

Abstract

Diese Doktorarbeit beschreibt die verschiedenen Transportprozesse in der Tropische Tropopausen Region, der Übergangsregion zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre in den Tropen. Dazu wurden zwei Messkampagnen durchgeführt: die SCOUT-O3 Tropical Aircraft Campaign in November und Dezember 2005 in Darwin, Australien (12°S, 130°E) und die AMMA/SCOUT-O3 Kampagne in August 2006 in Ouagadougou, Burkina Faso. Die Messungen wurden mit dem High Altitude Gas AnalyzeR (HAGAR) an Bord des Höhenforschungsflugzeug M55 Geophysica durchgeführt. Der HAGAR beinhaltet zwei in-situ Gaschromatographen, die zur Messung der langlebiger Spurengase N2O, CFC-12, CFC-11, H-1211 (CBrClF2), SF6, CH4, H2 verwendet werden, und ein LI-COR, das mit Hilfe von IR-absorption CO2 misst. Zusätzlich wurden die Konzentrationen von Ozon (mit Hilfe des Fast Ozone Analyzer) und CO (mit dem Cryogenically Operated Laser Diode Messgerät) gemessen. Bei der AMMA/SCOUT-O3 Kampagne wurden fünf lokale Flüge analysiert um die dominierenden Transportprozesse in der TTL zu studieren: tiefe Konvektion bis zum Level of main convective Outflow, Vertikalmischung nach überschießender Konvektion, isentrope Mischung entlang der subtropischen Tropopause, und horizontaler Transport in der Region der subtropischem Barriere. Die Resultate zeigen, dass der konvektive Einfluss in der untersuchten TTL-Region sehr signfikant ist, aber dass der größte Teil der gesammelten konvektiv beeinflussten Luftmassen älteren Ursprungs sein muss (mehrere Tage). Der Einfluss von überschießender Konvektion und Stratosphärische Einmischung von photochemisch gealterter Luft aus der extratropischen Stratosphäre ist sehr gering. Die subtropische Barriere zeigt sich nicht als eine scharfe Grenze in der Spurengasverteilung, sondern eher wie eine Übergangsregion zwischen ungefähr 10° und 25°N. Von den acht lokalen Flügen während der SCOUT-O3 Messkampagne weisen die vier letzten Flüge (051129, 051130a, 051130b, 051206) im Niveau zwischen 355 und 380 K potenzieller Temperatur im Vergleich mit den ersten vier Flügen (051116, 051119, 051123, 051125) erhöhte Ozon-, CO- und CO2-Werte auf. Horizontale Einmischung aus der extratropischen Stratosphäre und Einfluss vom lokalen konvektiven System können die erhöhten Werte für die beiden Flüge am 30. November nicht erklären. Eine mögliche Erklärung ist gegeben durch vertikale Mischung in der Nähe des Jetstreams. Der Jet kann aber nicht die einzige Erklärung der erhöhten Werte sein, weil am 29. November die Luftmassen auch entlang des Jets transportiert wurden, die Messungen aber deutlich niedrigere Erhöhungen zeigen. Eine andere mögliche Ursache liegt im Einfluss von verschmutzten Grenzschicht-Luftmassen über Indonesien und Australien. Insbesondere die Rückwartstrajektorien der Flüge vom 30. November überqueren große Teile von Nord-Indonesien. Konvektion von Biomass Burning Plumes und anderen Luftverschmutzungen kann CO und Ozonvorläufer in die TTL transportieren und dort für erhebliche Ozonproduktion sorgen. Das letzte Kapitel behandelt die vertikale Aufstiegsgeschwindigkeit in der TTL und benutzt Messungen von sowohl der SCOUT-O3 und AMMA/SCOUT-O3 Kampagne, als auch von früheren Messkampagnen, namentlich die TROCCINOX und APE-THESEO Kampagnen. Zeitskalen und Verweilzeiten für vertikalen Transport in der Hintergrund-TTL wurden für verschiedene Jahreszeiten und verschiedene geographische Regionen mit Hilfe von CO2 Messungen und langlebigen Spurengase abgeschätzt. Die vertikalen Transportzeiten wurden anhand der zeitlichen Verzögerung der saisonalen Variation von CO2 bestimmt. Zwei Methoden werden angewandt um die Verweilzeit zu bestimmen. Die erste Methode benutzt den mittleren zeitlichen Gradienten von CO2 in der tropischen Troposphäre ("CO2-Index") über mehrere Monate, die zweite Methode arbeitet mit direktem Anpassen des CO2-Index an die Messdaten unter Annahme einer konstanten Aufstiegsgeschwindigkeit als Fit-Parameter. Die erste Methode liefert Verweilzeiten in Australien, Brasilien und Westafrika die liegen in der gleichen Größenordnung, 35-45 Tage bis zu 380 K und 50 Tage bis zu 390 K. Für APE-THESEO konnte kein Resultat berechnet werden. Die zweite Methode zeigt moderate Verweilzeiten von 60 ± 25 Tagen zwischen 360 und 390 K für SCOUT (NH-Herbst) und 43 ± 8 Tagen für AMMA/SCOUT-O3 (NH-Sommer). Diese Resultate stimmen gut mit den Resultaten der ersten Methode überein. Für APE-THESEO und TROCCINOX haben die besten Fits höhere Verweilzeiten von 23 ± 7 und 40 ± 10 Tagen, beide während dem Nordhemisphären-Winter. Die Resultate sind in Einklang mit der jahreszeitlichen Variation der Brewer-Dobson Zirkulation.

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