Entwicklung eines neuen Auswertealgorithmus für troposphärisches Ozona us MX-DOAS-Messungen und seine Anwendung auf Langzeit-MAX-DOAS-Messungen in China und Deutschland zur Validation von Satellitnmessungen und Modellergebnissen

• Antragsteller: Yang Wang, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428994811

Troposphärisches Ozon (O3) kontrolliert die troposphärische chemische Zusammensetzung über vielfältige chemische Reaktionen mit dem OH-Radikal, CO, CH4, NOx sowie Kohlenwasserstoffverbindungen. Es ist ein Treibhausgas und Luftschadstoff mit starken Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, Pflanzenwachstum und Ökosystemproduktivität. Allerdings behindert fehlendes Wissen über die troposphärsichen Ozonhöhenprofile wichtige Studien zum Einfluss von troposphärischem Ozon auf die oben genannten Phänomene. Verfügbare Ozondatensätze aus Satellitenmessungen und atmosphärischen Modellen haben große Unsicherheiten. Um diese Datensätze zu validieren und zu verbessern, werden unabhängige Messungen der Höhenverteilung des troposphärischen Ozons benötigt. Multi-Axis DOAS (MAX-DOAS) Messungen sind eine etablierte Methode zur Bestimmung von troposphärischen Profilen verschiedener Spurenstoffe, z.B. NO2, BrO, SO2, HCHO, HONO, und CHOCHO aus UV- und vis-Spektren von gestreutem Sonnenlicht. Allerdings war bisher eine verlässliche Bestimmung von troposphärischen Ozonprofilen aus MAX-DOAS-Messungen aufgrund des starken Einflusses von stratosphärischem Ozon nicht möglich. In einer Studie unserer Arbeitsgruppe ist es uns kürzlich gelungen, die Probleme der Ozonprofilbestimmung aus MAX-DOAS-Messungen zu verstehen und weitgehend zu lösen. Hierzu wurden zwei unterschiedliche Methoden entwickelt, die entweder externe Datensätze von stratosphärischem Ozon verwenden (Methode 1) oder die Temperaturabhängigkeit des Ozon-Absorptionswirkungsquerschnitts ausnutzen (Methode 2). Im vorgeschlagenen Projekt soll insbesondere Methode 1 weiter verbessert werden, vor allem, indem die benötigten externen stratosphärischen Ozondatensätze durch stratosphärische Ozonprofile aus den MAX-DOAS-Messungen selbst (während der Dämmerung am Morgen und Abend) ersetzt werden. Die verbesserte Profilinversions-Methode wird dann anhand von Vergleichsmessungen mit Ozonsonden, O3-Lidars, Fourier-Transform-Spektrometern sowie in situ-Messungen während zweier Messkampagnen in China und Deutschland validiert. Weitere Vergleichsmessungen werden unter erhöhten Verschmutzungsgraden in China durchgeführt. Im nächsten Schritt wird der verbesserte Algorithmus auf Langzeit-Messungen von MAX-DOAS-Instrumenten an verschiedenen Orten in Deutschland (Mainz) und China (North China Plain Region und die Yangtze River Delta Region) angewandt, um einen konsistenten Datensatz von troposphärischem Ozon zu schaffen. Der gewonnene Datensatz wird dann verwendet, um Satellitenmessungen und Modellergebnisse zu validieren, um die raumzeitliche Variabilität und Transportprozesse von troposphärischem Ozon zu untersuchen, und um wichtige Quellen zu identifizieren. Zusätzlich zu Methode 1 soll auch Methode 2 (basierend auf der Temperaturabhängigkeit des Ozon-Absorptionswirkungsquerschnitts) weiterentwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Niederlande
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Thomas Wagner
• Kooperationspartner: Henk Eskes, Ph.D.; Dr. Ang Li; Professor Dr. Cheng Liu