Analyse des chemischen Reaktionsmechanismus des Ozonabbaus und der Halogenfreisetzung in der polaren Troposphäre basierend auf numerischer Modellierung und Feldstudien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Eva Gutheil; Professor Dr. Ulrich Platt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 85276297

Die Rolle reaktiver Halogen enthaltender Spezies (e.g., Br, Br2, BrO, Cl, Cl2, ClO, OClO, ...) in der polaren Troposphäre wird seit der Entdeckung ihrer Relevanz für die Zerstörung der Ozonschicht im polaren Frühling untersucht. Halogene nehmen an einem autokatalytischen chemischen Reaktionszyklus teil, der Br2 und BrCl aus Seesalz-Aerosolen, frischem See-Eis oder Schneepacks löst, und dann zum Ozonabbau führt.In der ersten Förderperiode wurden drei chemische Reaktionsmechanismen untersucht, die in einem nulldimensionalen Modell zum Einsatz kamen und mit Feldmessungen verglichen wurden: (1) ein Mechanismus, der Brom enthaltende Spezies umfass (2) eine Erweiterung dieses Mechanismus um Stickstoff enthaltende Spezies (3) und eine weitere Erweiterung, die Chlor enthaltende Stoffe umfasst sowie jeweils die zugehörigen chemischen Reaktionen. Der Reaktionsmechanismus wurde mittels einer Sensitivitätsanalyse untersucht und ein skeletaler Brom-Mechanismus entwickelt. Dieser wurde zur Verwendung in ein- und dreidimensionalen Modellen ausgelegt. Obwohl das Projekt gute Fortschritte erbrachte und erheblich verbesserte Einsicht in den Mechanismus der polaren Halogenchemie ergab, bleiben viele Fragen offen. Daher wird der vorliegende Fortsetzungsantrag zur Klärung folgender Fragen gestellt:Was ist der Einfluss der meteorologischen Bedingungen (z.B. Windgeschwindigkeit, Höhe der Grenzschicht, vertikales Temperaturprofil) auf lokaler und synoptischer Skala, und speziell die Rolle der meteorologischer Fronten auf die Halogenaktivierung. Welche Bedeutung hat die atmosphärische Zusammensetzung, d.h. das Aerosol (diese soll speziell in das Modell integriert werden, sodass die Mikrophysik, die die Spurenstoffkonzentration und die Temperatur beeinflussen kann, untersucht werden kann) und insbesondere NOx (N2O5 Chemie) bei der Halogenaktivierung? Wie ist der jahreszeitliche Verlauf der Br-Aktivierung und des Ozonverlusts? Gibt es Unterschiede zwischen den arktischen und antarktischen Halogen¬aktivierungs¬prozessen im Hinblick auf ihre Dauer, die Halogenzusammensetzung etc.? Wenn ja, was sind die Ursachen für diese Unterschiede? Welche Voraussetzungen lösen die Halogenfreisetzung aus? Welche Rolle spielt die Beschaffenheit der Oberfläche (z.B. frisches See-Eis, Schnee bedeckte Oberflächen, offene Leads, frost flowers ...) und wie interagieren diese mit der Gasphase? Die Anwesenheit von IO kann die Effizienz der Ozonzerstörung durch Halogene beträchtlich beschleunigen, wie ist der chemische Mechanismsus?Es sollen beträchtliche Verbesserungen bei der Modellentwicklung erreicht werden: Wegen der beträchtlichen Rechenzeit im 3D Modell ist es nicht möglich, die Oberfläche an der Oberfläche sehr fein aufzulösen. Daher wird das Boxmodell auf ein 1D Modell erweitert, sodass eine sehr gute Auflösung an der Oberfläche möglich wird. In der LES werde weiterhin verschiedene Subgrid-Modelle untersucht werden, um ihren Einfluss auf den Gesamtprozess zu klären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen