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Airborne Multi AXis DOAS instrument and measurements of two-dimensional tropospheric trace gas distributions

Heue, Klaus-Peter

German Title: Flugzeug gestütztes multi-axiales DOAS Instrument und Messungen zweidimensionaler troposphärischer Spurengasverteilungen

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Abstract

The Airborne Multi AXis DOAS instrument was developed and successfully operated during four measurement campaigns. Depending on the purpose the instrument was installed on two different aeroplanes flying either close to the tropopause or in the mixing layer. In a detailed sensitivity study the possibilities of the measurements were investigated. For a qualitatively good observation of tropospheric trace gases (e.g. NO2 and HCHO) additional information about the mixing layer height and the aerosol extinction is essential. This information can be gained from either independent measurements or retrieved from the measurements themselves. For example based on the O4 observation from different lines of sight the aerosol extinction can be estimated. A very good agreement between tropospheric vertical NO2 columns for AMAXDOAS and SCIAMACHY measurements will be derived, if the AMF calculation is based on independent observation. The linear correlation between the datasets results in a slope of 1 ± 0.07. Due to the measurement system the AMAXDOAS instrument is ideal for flux estimations. For one flight just above the mixing layer the total HCHO production of Milano is estimated to 3.5*10^24 molec/s. In total the plume was 20 km wide. A detailed plume study in lee of a power plant was performed. Here the different NO2 slant column densities were used for the reconstruction of a 2-dimensional trace gas distribution. The estimated flux originating from the power plant equals 2.5*10^24 molec/s.

Translation of abstract (German)

Ein flugzeuggestütztes multi-axiales DOAS (AMAXDOAS) Instrument wurde entwickelt und in vier Messkampagnen eingesetzt. Auf Grund der unterschiedlichen Ziele der Messkampagnen wurde es auf unterschiedlichen Flugzeugen eingebaut. Die Standardflughöhe war entweder nahe der Tropopause oder in der Grenzschicht. Für eine qualitativ hochwertige Interpretation der Messergebnisse ist eine möglichst genaue Kenntnis des Lichtweges notwendig, dieser wird unter anderem vom Aerosolgehalt beeinflusst. Die Aerosolextinktion kann man entweder unabhängigen Messungen entnehmen oder mittels der eigenen O4-Messungen abschätzen. Die Sensitivität des Instruments wurde für verschiedene Bedingungen untersucht. Ein Schwerpunkt der Arbeit war die Validierung der mit SCIAMACHY gemessenen vertikalen troposphärischen NO2-Säulendichte. Eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Messungen des AMAXDOAS Instruments und denen von SCIAMACHY kann erzielt werden, wenn die lokalen atmosphärischen Bedingungen berücksichtigt werden. Eine lineare Regression der Datensätze ergab eine Steigung von 1 ± 0.07. Das AMAXDOAS Instrument eignet sich sehr gut zur Bestimmung von Flüssen. Eine Fallstudie für einen Flug in der Grenzschicht ergab für Milano eine HCHO Produktion von 3.5*10^24 Moleküle/s. Die Abluftfahne der Stadt war ungefähr 20 km breit. Die NO2-Konzentrationsverteilung in der Abgasfahne eines Kraftwerks konnte mittels der unterschiedlichen Säulendichten entlang unterschiedlicher Lichtwege rekonstruiert werden. Der NO2-Fluss am Ort der Messung wurde zu 2.5*10^24 Moleküle/s abgeschätzt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Platt, Ulrich
Date of thesis defense: 20 December 2005
Date Deposited: 10 Jan 2006 12:14
Date: 2005
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: DOAS, Optische Tomographie, Satellitenfernerkundung
Uncontrolled Keywords: Flugzeug , ValidationAiborne , Validation
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