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Measurements of reactive trace gases in the marine boundary layer using novel DOAS methods

Lampel, Johannes

German Title: Messungen reaktiver Spurengase in der marinen Grenzschicht mithilfe von neuartigen DOAS Methoden

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Abstract

Reactive Halogen Species (RHS) can have a large impact on tropospheric chemistry. Already small concentrations in the marine boundary layer (MBL) can have a significant impact on the global budget of ozone and other trace-gases. Shipborne measurements of BrO and IO were conducted in the MBL from 70°S to 90°N to obtain a global picture of their distribution over several years. A focus were upwelling regions, which can provide large amounts of precursor substances for RHS in the MBL, of which some were measured simultaneously by project partners. Measurements in the tropical Atlantic showed BrO concentrations below 2 ppt in agreement with previous observations. IO was detected with concentrations of up to 1 ppt, its distribution was found to correlate with surface water iodide concentrations. In the Peruvian upwelling region MAX-DOAS and CE-DOAS measurements showed agreeing surface VMR of up to 1.4 ppt. The MAX-DOAS retrieval agreed with previous satellite observations of IO in this region. For polar measurements, background concentrations of IO of 0.2-0.4 ppt during the respective summer period were observed. An additional source of reactive bromine in the MBL was observed for the first time from the ground: Polar air-masses were observed south of the Azores yielding BrO concentrations of 4-6 ppt. Glyoxal was not found in the remote MBL of the tropical Atlantic and Pacific above a detection limit of 35 ppt. Relative water vapour absorption band strengths in the wavelength interval from 400-480 nm were analysed systematically and correction factors from 0.5-2 were found, leading to improvements of the spectral retrieval. Vibrational Raman scattering of N2 and O2 was quantified for the first time in MAX-DOAS measurements, yielding a reduction of up to 30% of IO measurement errors.

Translation of abstract (German)

Reaktive Halogenverbindungen (RHV) können einen großen Einfluss auf die troposphärische Chemie haben. Schon kleine Konzentrationen in der marinen Grenzschicht (MBL) können das globale Budget von Ozon und anderen Spurengasen signifikant beeinflussen. Schiffsgestützte Messungen dieser Spurengase wurden über mehrere Jahre von 70°S bis 90°N in der MBL durchgeführt um ihre globale Verteilung zu bestimmen. Ein Fokus waren Auftriebsgebiete, da diese große Mengen Vorgängersubstanzen emittieren können, die von Projektpartnern gemessen wurden. Messungen in der tropischen MBL ergaben weniger als 2 ppt BrO wie schon vorherige Beobachtungen. IO Konzentrationen bis zu einem ppt wurden gemessen, die mit der Oberflächenwasseriodidkonzentration korrelierten. Im peruanischen Auftriebsgebiet zeigten MAXDOAS and CE-DOAS übereinstimmende IO-Konzentrationen von bis 1.4 ppt. MAXDOAS Messungen stimmten mit vorhergehenden Satellitenbeobachtungen überein. Polare Hintergrundkonzentrationen im Sommer von 0.2-0.4ppt IO wurden beobachtet. Eine zusätzliche Bromquelle für die MBL durch Transport von polarer Luft wurde südlich der Azoren beobachtet und führte dort zu BrO Konzentrationen von 4-6 ppt. Glyoxal wurde weder im tropischen Atlantik noch Pazifik oberhalb der Nachweisgrenze von 35 ppt gefunden. Um die Nachweisgrenzen von RHV zu minimieren, wurden relative Wasserdampfabsorptionsbandenstärken analysiert und Korrekturfaktoren von 0.5-2 gefunden. Die Größe des Einflusses von Vibrationsramanstreuung an N2/O2 auf MAX-DOAS Messungen wurde bestimmt und führte zu einer Reduktion des Messfehlers von IO von bis zu 30%.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Platt, Prof. Dr. Ulrich
Date of thesis defense: 24 July 2014
Date Deposited: 01 Sep 2014 06:31
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Atmosphäre, Chemie, Physik, DOAS, UV-VIS-Spektroskopie, Cavity-Enhanced-Absorptionsspektroskopie, Iod, Brom, Wasserdampf, Glyoxal, Formaldehyd, Stickstoffdioxid, Raman-Effekt, Maritime atmosphärische Grenzschicht, Auftriebsgebiet
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