Spektroskopische Messungen von BrO und NO3 in der Troposphäre

Hausmann, M.

Book/Report

FZJ-2019-01454

Spektroskopische Messungen von BrO und NO3 in der Troposphäre

Hausmann, M. (Corresponding author)FZJ*

1996
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3232, CII, 200 p. (1996)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21645

Report No.: Juel-3232

Abstract: Die Technik der "Differentiellen-Optischen-Absorptionsspektroskopie (DOAS)" wurde eingesetzt um das Verhalten der freien Radikale BrO und NO$_{3}$ in der Troposphäre zu untersuchen. Dabei gelang erstmalig der direkte Nachweis von BrO in der Troposphäre. Für NO$_{3}$ konnten in anthropogen belasteter Atmosphäre gemessene Lebensdauern von 10 Sekunden bis zu etwa 20 Minuten über heterogene NO$_{3}$-Verlustreaktionen quantitativ erklärt werden. Im Rahmen von zwei Feldmeßkampagnen wurden die NO$_{3}$-Lebensdauern in der anthropogen belasteten Atmosphäre untersucht. Hierfür wurde ein bestehendes DOAS-Instrument, das um ein Teleskopsystem erweitert wurde, eingesetzt. Während der ersten Kampagne in Jülich im August 1990 ließen sich NO$_{3}$-Mischungsverhältnisse bei wechselnden meteorologischen Bedingungen von bis zu 280 ppt (parts per trillion im Volumen) beobachten. Während der zweiten Kampagne im März 1991, auf einer Rheininsel in der Nähe von Mannheim, lagen die gemessenen NO$_{3}$-Mischungsverhältnisse trotz hoher NO$_{3}$-Quellstärken von bis zu 2000 ppt pro Stunde bei maximal nur 11 ppt. Für beide Kampagnen scheinen homogene Reaktionen die gefundenen NO$_{3}$-Lebensdauern in den meisten Fällen nicht plausibel erklären zu können. Wider erwarten zeigt die Berechnung der heterogenen N$_{2}$O$_{5}$-Reaktionen, daß auch dieser Reaktionspfad die beobachteten NO$_{3}$-Lebensdauern (fürbeide Kampagnen) nicht plausibel erklären kann. Jedoch liefert die Untersuchung möglicher heterogener NO$_{3}$-Reaktionen eineempirische Temperaturabhängigkeit des NO$_{3}$-Massenakkommodationskoeffizienten im Bereich von 0.05 bis 0.5. Unter Berücksichtigung dieser Temperaturabhängigkeit kann ein einfaches heterogenes Reaktionsmodell die beobachteten NO$_{3}$-Lebensdauern gut beschreiben. Als ein weiteres Ergebnis der NO$_{3}$-Untersuchungen kann ein neuer Maximalwert für die Reaktionskonstante der homogenen Reaktion von N$_{2}$O$_{5}$ + H$_{2}O_{(Gasphase)}$ von k$_{(N_{2}O_{5} + H_{2}O_{(g)})}$ = (2.0 $\pm$ 0.3) x 10$^{-22}$ Moleküle$^{-1}$cm$^{3}$s$^{-1}$ (T = 290 K) angegeben werden. Im Rahmen einer weiteren Feldmeßkampagne in Alert (kanadische Arktis 82.3°N, 62.2°W) im März 1992 wurde ein neu entwickeltes DOAS-Instrument für den Nachweis von BrO und Ozon eingesetzt. Die Meßkampagne galt der Untersuchung des plötzlichen episodischen Ozonschwundes, der Anfang der achtziger Jahre in der arktischen Troposphäre erstmalig entdeckt wurde und jeweils nach dem Ende der arktischen Polarnacht auftritt. Nur wenige Messungen von BrO konnten während der Kampagne durchgeführt werden. Es wurden BrOMischungsverhältnisse zwischen der Nachweisgrenze von etwa 4 ppt bis maximal 17 ppt beobachtet. Auf der Basis dieser BrO-Messungen wird versucht, die beobachteten Ozonverluste mit Hilfe eines BrO-katalysierten Ozonabbaus zu erklären. Es zeigt sich jedoch, daß atmosphärische Transportprozesse mit berücksichtigt werden müssen. Über eine einfache Parameterisierung des atmosphärischen Transports wird gezeigt, daß die Zeit für einen chemischen Ozonabbau nicht länger als ein Tag betragen und daß ein BrO-katalysierter Ozonabbau in Kombination mit atmosphärischem Transport die Ozonabbauereignisse während der Kampagne erklären kann.

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