Untersuchung der Quellen und Prozesse des stratosphärischen Aerosols

--SPITFIRE--

Projektlaufzeit: 01.09.2014 bis 31.08.2017

Die stratosphärische Aerosol-Schicht (Junge-Schicht) stellt einen der wichtigsten Einflussfaktoren für das Erdklima dar. Seine Präsenz beeinflusst die Strahlungsbilanz der Atmosphäre, zum einen durch die direkte Wechselwirkung zwischen dem Aerosol und solarer wie terrestrischer Strahlung. Zum anderen nimmt das stratosphärische Aerosol als Reaktionsoberfläche indirekt Einfluss auf das Klima durch seine Beteiligung bei heterogenen chemischen Umwandlungsprozessen in der Stratosphäre, wie zum Beispiel bei der Ozonchemie. Trotz seiner Auswirkungen auf das Erdklima sind die Prozesse, die zur Aufrechterhaltung des stratosphärischen Aerosols sowie zu dessen Umwandlung im Verlaufe der atmosphärischen Lebenszeit beitragen, nicht vollständig verstanden. Weitestgehend unklar sind zudem die Strahlungseigenschaften des stratosphärischen Aerosols in Abhängigkeit von dessen Alterungsfortschritt sowie die sich damit ändernden Wechselwirkungen mit dem Erdklima-System. 

SPITFIRE hat sich zum Ziel gesetzt, jene Prozesse genau zu untersuchen, die das stratosphärische Aerosol auch abseits von explosivem, hochreichendem Vulkanismus (z.B. Pinatubo 1991) aufrechterhalten. SPITFIRE will ferner die genaueren Auswirkungen des stratosphärischen Aerosols auf das Erdklima untersuchen, um eine bessere Vorhersagbarkeit zukünftiger Entwicklungen des stratosphärischen Aerosols und dessen Klimawechselwirkungen zu erreichen. Konkrete Zielsetzungen umfassen (1) das quantitative Verständnis der verschiedenen Quell- und Transportmechanismen des stratosphärischen Aerosols, (2) die Prozesse zu quantifizieren, die den Beitrag von Schwefelverbindungen und anderen organischen/inorganischen Substanzen zum stratosphärischen Aerosol steuern, (3) die Anteile von volatilen (flüchtigen) und refraktären (nichtflüchtigen) Partikeln am stratosphärischen Aerosol zu quantifizieren und (4) Parametrisierungen bezüglich der relevanten Prozesse zu erstellen, die sich in Chemie-Klima-Modelle implementieren lassen. SPITFIRE ist ein Verbundprojekt von fünf Forschungsgruppen mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der physiko-chemischen Aerosol-Charakterisierung sowie der Untersuchung von Aerosol-Vorläufergasen, wie SO2, H2SO4 und OCS in der UT/LS. SPITFIRE hat einen Schwerpunkt hinsichtlich experimenteller Beobachtungen aerosolbezogener Prozesse in der Stratosphäre unter Zuhilfenahme der Höhenforschungsflugzeuge M55-Geophysica und HALO.

 

Projektpartner

  • Johannes Gutenberg Universität, Mainz, Institut für Physik der Atmosphäre (Koordination)

https://www.blogs.uni-mainz.de/fb08-ipa/

  • Technische Universität Darmstadt, Institut für angewandte Geowissenschaften, Umweltmineralogie

http://www.geo.tu-darmstadt.de/fg/umweltmin/umwelt_about_us/index.de.jsp

  • Max Planck Institut für Chemie, Mainz, Abteilung Partikelchemie

http://www.mpic.de/forschung/partikelchemie.html

  • Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen, Institut für Physik der Atmosphäre, Abteilung Atmosphärische Spurenstoffe

http://www.dlr.de/pa/desktopdefault.aspx/tabid-2365/3483_read-5660/

  • Forschungszentrum Jülich, IEK-7 Stratosphäre

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-7/EN/Home/home_node.html

 

Kontakte und Mitarbeiter

Aerosol- und Wolkenmikrophysik:

Dr. Ralf Weigel, weigelr(at) uni-mainz.de

Christoph Mahnke, cmahnke(at)uni-mainz.de

Offline Aerosol-Mikrophysik und Chemie:

Prof. Dr. Martin Ebert, mebert(at)geo.tu-darmstadt.de

Online Aerosol-Mikrophysik und Chemie:

PD Johannes Schneider, johannes.schneider(at)mpic.de

Christiane Schulz, christiane.schulz(at)mpic.de

Spurengase (SO2, H2SO4):

Dr. Hans Schlager, hans.schlager(at)dlr.de

Spurengase (OCS, CO, CO2, H2O): 

Dr. Marc von Hobe, m.von.hobe(at)fz-juelich.de

Corinna Kloss, c.kloss(at)fz-juelich.de

 

Referenzenzur Methodik

Brands, M., M. Kamphus, T. Böttger, J. Schneider, F. Drewnick, A. Roth, J. Curtius, C. Voigt, A. Borbon, M. Beekmann, A. Bourdon, T. Perrin, and S. Borrmann: Characterization of a Newly Developed Aircraft-Based Laser Ablation Aerosol Mass Spectrometer (ALABAMA) and First Field Deployment in Urban Pollution Plumes over Paris During MEGAPOLI 2009, Aerosol Sci. Technol., 45, 46-64, doi: 10.1080/02786826.2010.517813, 2011.

Kandler, K., 2009. An aerosol sampler for single particle analysis. Presentation at the European Aerosol Conference 2009, Karlsruhe, Germany. Abstract T092A04.

Schmale, J., J. Schneider, T. Jurkat, C. Voigt, H. Kalesse, M. Rautenhaus, M. Lichtenstern, H. Schlager, G. Ancellet, F. Arnold, M. Gerding, I. Mattis, M. Wendisch, and S. Borrmann, Aerosol layers from the 2008 eruptions of Mt. Okmok and Mt. Kasatochi: In-situ UT/LS measurements of sulfate and organics over Europe, J. Geophys. Res., 115, D00L07, doi:10.1029/2009JD013628, 2010.

Speidel, M. und Nau, R. und Arnold, F. und Schlager, H. und Stohl, A.; Sulfur dioxide measurements in the lower, middle and upper troposphere: Deployment of an aircraft-based chemical ionization mass spectrometer with permanent in-flight calibration; Atmospheric Environment, 41, Seiten 2427-2437. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.07.047, 2007.

Weigel, R., Hermann, M., Curtius, J., Voigt, C., Walter, S., Böttger, T., Lepukhov, B., Belyaev, G., and Borrmann, S.: Experimental characterization of the COndensation PArticle counting System for high altitude aircraft-borne application, Atmos. Meas. Tech., 2, 243-258, doi:10.5194/amt-2-243-2009, 2009.

Weigel, R., Volk, C. M., Kandler, K., Hösen, E., Günther, G., Vogel, B., Grooß, J.-U., Khaykin, S., Belyaev, G. V., and Borrmann, S.: Enhancements of the refractory submicron aerosol fraction in the Arctic polar vortex: feature or exception?, Atmos. Chem. Phys., 14, 12319-12342, doi:10.5194/acp-14-12319-2014, 2014.

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-7/DE/Forschung/WisInfra/AMICA/_text.html