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Polare Stratosphärenwolken : In-situ Untersuchungen mit einem Aerosolmassenspektrometer

Weisser, Christoph

English Title: Polar Stratospheric Clouds : In-situ Measurements with an Aerosol Mass Spectrometer

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PDF, German
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Abstract

Flüssige und feste Partikel in polaren Stratosphärenwolken spielen eine zentrale Rolle bei der Zerstörung der Ozonschicht. Heterogene Reaktionen auf diesen Partikeln wandeln Halogene aus vornehmlich anthropogenem Ursprung von relativ inerten Reservoirverbindungen in eine aktive Form um, die Ozon effizient zerstört. Das Wissen über diese Partikel hat sich während der letzten Jahre deutlich verbessert, es existieren aber immer noch Defizite, speziell bezüglich der Nukleation fester Salpetersäurehydatpartikel. Im frühen Dezember 2001 wurden ballongetragene in-situ Messungen der Aerosolzusammensetzung, -größe, -anzahl, -phase und ihrer Rückstreuung in einer arktischen Stratosphärenwolke durchgeführt, die sich in einer Leewellensituation entwickelt hatte. Die Partikelzusammensetzung wurde mit einem verbesserten Aerosolmassenspektrometer gemessen. Das Prinzip des Aerosolmassenspektrometers beruht auf der Trennung von Aerosolen und der umgebenden Gasphase durch die Kombination einer aerodynamischen Linse und eines differentiell gepumpten Vakuumsystems. Die Zusammensetzung der Partikel wird dann mit einem magnetischen Massenspektrometer bestimmt. Die weitere Instrumentierung bestand aus vier optischen Teilchenzählern, einer Laser- und einer Weißlicht-Backscattersonde. Die Atmosphäre wurde durch akkurate Druck-, Temperatur- und Wasserdampfmessung charakterisiert. Die Messungen stellen umfassende Beobachtungen aller Phasen dar, in denen polare Stratosphärenwolken existieren; dies sind flüssige ternäre Lösungströpfchen, Salpetersäuretrihydrat- und Eispartikel. Hierbei kontrolliert die atmosphärische Temperatur entscheidend, welcher Partikeltyp sich bildet. An der Wolkenoberkante wurde eine dünne Schicht fester Partikel mit einer engen Größenverteilung um 2.0 mum bei Konzentrationen von 0.001 cm^-3 beobachtet, die salpetersäurereich zu sein scheinen. Diese Partikel könnten Auswirkungen auf die Bildung von Teilchen haben, die groß genug werden, um reaktive Stickstoffverbindungen aus der polaren Stratosphäre zu entfernen.

Translation of abstract (English)

Liquid and solid particles in polar stratospheric clouds are of central importance for the depletion of stratospheric ozone. Surface-catalyzed reactions on these particles convert halogenes, which are of anthropogenic origin, from relatively inert reservoir species into forms that efficiently destroy ozone. The knowledge about this particles has improved considerably during the last years, but still lacks in many respects, in particular concerning the nucleation of solid nitric acid hydrate particles. In early December 2001 balloon-borne in-situ measurements of aerosol composition, size, number, phase, and backscatter were completed in an Arctic stratospheric cloud developed in a mountain-wave event. Particle composition was measured with an improved aerosol mass spectrometer. The principle of the aerosol mass spectrometer is based on the separation of aerosols from ambient air by the combination of an aerodynamic lens and a differentially pumped vacuum system. The composition of the particles is then analyzed with a magnetic mass spectrometer. Other instruments included four optical particle counters, a laser- and white light backscattersonde. The atmospheric environment was characterized with accurate pressure, temperature, and water vapor measurement. These measurements represent comprehensive in-situ observations of all phases of polar stratospheric cloud particles that are liquid ternary solution droplets, nitric acid trihydrate, and ice particles. Atmospheric temperatures tightly control the type of particles that form. At cloud top, there was a thin layer of solid particles narrowly distributed around a radius of 2.0 mum at concentrations of 0.001 cm^-3, some of which seem to be rich in nitric acid. These particles may have implications for producing particles large enough to remove reactive nitrogen from the polar stratosphere.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Mauersberger, Prof. Dr. Konrad
Date of thesis defense: 14 May 2003
Date Deposited: 03 Jun 2003 15:29
Date: 2003
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Stratosphäre, Ozonloch, Massenspektrometrie, Atmosphärisches Aerosol
Uncontrolled Keywords: Polare Stratosphärenwolken , SalpetersäuretrihydratStratosphere , Polar Stratospheric Clouds , Nitric Acid Trihydrat , Ozone Hole , Mass Spectrometrie
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