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Applications on Ground-based Tropospheric Measurements using Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectrosopy

Ibrahim, Ossama

German Title: Anwendungen der Multi-Axis DOAS auf boden-gestützte Troposphärische Messungen

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Abstract

In dieser Doktorarbeit werden die MAX-DOAS Meßergebnisse von zwei wichtigen atmosphaerischen Spurengasen, BrO und NO2, vorgestellt. Dabei wurden die MAX-DOAS Messungen von unterschiedlichen Plattformen (auf einem Schiff, auf dem Dach eines Autos oder an einem festen Ort installiert) und unter verschiedenen atmosphaerischen Bedingungen durchgefuehrt. Die Messung von BrO sind wichtig zur Untersuchung des Einflusses von Halogenverbindungen in der marinenGrenzschicht. Die NO2-Messungen dienen der Quantifizierung von Quellen der Luftverschmutzung sowie zur Validierung von Satelliteninstrumenten. BrO-Ergebnisse, die mit der MAX-DOAS Methode vom Oktober-November 2003 an Bord des Forschungsschiffes Polarstern ueber dem Atlantik gemessen wurden, regaben BrO Mischungsverhaeltnis zwischen 3 und 18 ppt im Gebiet zwischen 10 und 30 Grad noerdlicher Breite. Mithilfe von Strahlungstransportrechnungen konnte zudem Information ueber die Hoehenverteilung abgeleitet werden. Die Beziehungen zwischen erhoehtem troposphaerischem BrO und verschiedenen biologischen und chemischen Parametern im Ozean und der Atmosphaere wurden im Detail untersucht. Hierdurch konnte wichtige Information ueber moegliche Quellen und Vorlaeufersubstanzen der aktivierten Halogenverbindungen gefunden werden. NO2-Messungen wurden mithilfe eines MAX-DOAS Instruments, das auf ein Autodach montiert war, durchgefuehrt. Mit diesem Aufbau konnten an mehreren Tagen Messungen entlang einer Route um die Staedte Mannheim und Ludwigshafen durchgefuehrt werden. Die Entwicklung einer neuen Auswertungsmethode erlaubte die Bestimmung absoluter troposphaerischer Spurenstoffsaeulendichten, von denen die NO2 Fluesse in und aus der umkreisten Flaeche abgeleitet werden konnten. Die Ergebnisse der Auto-Messungen wurden auch mit Satellitendaten verglichen und es zeigte sich gute uebereinstimmung. MAX-DOAS-Messungen von NO2 wurden auch waehrend der internationalen Meßkampagne (DANDELIONS) in Cabauw, Niederlande, im Mai-Juni 2005 durchgefuehrt. Dabei wurde eine gute uebereinstimmung mit den Ergebnissen der anderen Gruppen und mit Satellitenmessungen erzielt.

Translation of abstract (English)

In this thesis, results of MAX-DOAS measurements of two important atmospheric trace gases, NO2 and BrO, are presented. The MAX-DOAS technique was applied from different platforms (ship-borne, on top of a car or fixed at one measurement site) and for different conditions. The BrO observations are important for the correct understanding of tropospheric chemistry in the marine boundary layer. The NO2 observations are used for the quantification of pollution sources and for the validation of satellite observations. BrO Results from measurements over the Atlantic ocean aboard the Research Vessel Polarstern during October-November 2003 are presented and discussed. BrO Mixing ratios were estimated to be between 3 and 18 ppt in the area between 10 and 30 degrees latitude. Also information on the altitude distribution could be obtained using radiative transfer modelling. The relation of enhanced tropospheric BrO concentrations to several biological, chemical parameters in the ocean and atmosphere were studied in detail. Interesting information on potential sources and precursors of activated bromine compounds could be retrieved. NO2 observations were carried out using a MAXDOAS instrument on a car top around the cities of Mannheim and Ludwigshafen. The development of a new retrieval technique enabled the determination of the absolute values of tropospheric vertical trace gas column densities, from which the NO2 fluxes into and outside this area were quantified. Results from the Auto-MAX-DOAS were compared to satellite measurements whenever possible and good agreement was found. MAXDOAS observations of NO2 were also carried out during the international measurements campaign (DANDELIONS) in Cabauw (The Netherlands) in May-June 2005. Good agreement was found with data sets from the other groups and with satellites measurements.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Platt, Prof. Dr. Ulrich
Date of thesis defense: 27. January 2009
Date Deposited: 20. May 2009 16:37
Date: 2009
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Bromoxidradikal, Stickstoffmonoxid, Troposphäre
Uncontrolled Keywords: MBL , urban
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