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Sensitivity of tropospheric chemistry to the source of NO x from lightning : sensitivity simulations with the global 3D chemistry model for atmospheric transport and chemistry MATCH-MPIC

Labrador, Lorenzo

German Title: Sentivität der Troposphärenchemie in Bezug auf Blitze als NO x-Quelle : Simulationen mit dem globalen 3D Chemie-Transport-Modell MATCH-MPIC

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The impact of different assumptions concerning the source magnitude as well as the vertical placement of lightning-produced nitrogen oxides is studied using the global chemistry transport model MATCH-MPIC. The responses of NOx, O3, OH, HNO3 and peroxyacetyl-nitrate (PAN) are investigated. A marked sensitivity to both parameters is found. NOx burdens globally can be enhanced up to 100% depending on the vertical placement and source magnitude strength. The global mean OH concentration and the tropospheric oxidizing efficiency are also strongly sensitive, with effects comparable to, or larger than, those on O3. In all cases, the largest enhancements occur in the tropical upper troposphere, where lifetimes of most trace gases are longer and where they thus become more susceptible to long-range transport by large-scale circulation patterns. Comparison with observations indicate that the 0 and 20 Tg/yr(N) production rates of NOx from lightning are too low and too high a source magnitude, respectively. However, no single intermediate production rate or vertical distribution can be singled out as best fitting the observations due to the large scatter in the datasets. This underscores the need for further measurement campaigns in key regions, particularly in the tropical continents, where lightning is prevalent.

Translation of abstract (German)

Mit Hilfe des globalen Chemie-Transport Modells MATCH-MPIC wird die Auswirkung verschiedener Annahmen in Bezug auf die Produktionsrate als auch die vertikale Verteilung der von Blitzen produzierten Stickstoffoxide erforscht. Die Veränderung der Konzentrationen von NOx, O3, OH, HNO3 und peroxyacetylnitrat (PAN) wurden mit Hilfe des Modells untersucht und dabei eine deutliche Sensitivität dieser Konzentrationen bezüglich beider Parameter gefunden. Die globale NOx Last kann je nach vertikaler Verteilung und Stärke der Quellen nahezu verdoppelt werden. Die Sensitivität der globalen mittleren OH Konzentration und der troposphärische Oxidationseffizienz ist dabei vergleichbar mit oder größer der von O3. In allen untersuchten Fällen finden die größten Konzentrationssteigerungen in der oberen tropischen Troposphäre statt, wo die Lebensdauer der meisten Spurengasen länger ist, und diese deshalb mit Hilfe der weitreichenden Zirkulation einfacher transportiert werden können. Der Vergleich mit Messungen zeigt, dass die mit 0 bzw. 20 Tg/yr(N) angegebene NOx Produktionsraten zu niedrige bzw. zu hoch angenommen wurden. Dennoch fällt, wegen der hohen Variabilität der Datensätze, die Auswahl einer genauen Produktionsrate, die den Beobachtungen entsprechend nahe kommen würde, schwer. Dies zeigt den Bedarf an weiteren Messkampagnen in den Schlüsselregionen, wie den tropischen konvektieven Zonen, mit entsprechend hohen Blitzraten.

Document type: Dissertation
Supervisor: Dr. Ulrich Platt, Prof.
Date of thesis defense: 3 May 2005
Date Deposited: 31 Oct 2005 07:32
Date: 2005
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
DDC-classification: 530 Physics
Controlled Keywords: Atmosphäre / Chemie, Stickstoffoxide, Mainz / Max-Planck-Institut für Chemie
Uncontrolled Keywords: Blitze, KonvektionAtmospheric chemistry , Lightning-NOx production , Max Planck Institute for chemistry
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