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48 KAPITEL 3. ERGEBNISSE Regimeannahmen Ozonabweichungen aus Übereinkünften Höhenbereich [hPa] O 3 [ppbv] Höhenbereich [hPa] O 3 [ppbv] 100 - 400 50 100 - 300 20 400 - 700 40 300 - 700 10 700 - 1000 30 700 - 1000 5 Tabelle 3.2: Vergleich der Annahme Ozonmischungsverhältnis pro Trajektorieneintrag (Abschnitt 2.2.3) und der bestimmten Ozonabweichung durch Trajektorienübereinkünfte mit Ozonsonden. betrachtet werden müssen, wie gerade schon erläutert. Für die Schicht von 300hPa bis 700hPa wird durchschnittlich eine Ozonabweichung von etwa 10ppbv gemessen. Für die beiden obersten Schichten sollte man von 20ppbv stratosphärischen Ursprungs ausgehen. Die in Abschnitt 2.2.3 gemachten Regimeannahmen sowie die eben vorgestellten Werte sind in Tabelle 3.2 zusammengefasst. Das die stratosphärischen Ozoneinträge insgesamt niedriger liegen als angenommen, kann mehrere Ursachen haben. Es könnte sein, dass die gewählten Schwellenwerte sehr sensitiv auf Veränderungen reagieren. Für die zeitliche Übereinstimmung wurde in der Berechnung, deren Ergebnisse dargestellt sind, ein Zeitintervall von ±12h um die Sondenmessung gewählt. Eine kleine Sensitivitätsstudie in der dieser Wert auf ±6h und ±3h gesetzt wurde, ergab allerdings kaum Veränderungen in den Ozoneinträgen. Allerdings nahmen, wie zu erwarten ist, die Übereinkünfte mit der Größe des Zeitfensters ab. Daraus folgt, dass die Statistik an Robustheit verliert. Des Weiteren könnte es sein, dass die Trajektorien nicht so exakt bestimmt sind, aufgrund von Modellfehlern wie schon in Abschnitt 2.3 angesprochen wurde. Eine interessanten Aspekt wirft das Ergebnis auf, nimmt man an die Fehler die bei der Berechnung gemacht wurden, seien klein. Es ist unklar, wie schnell sich die stratosphärischen Ozonwerte durch turbulentes Mischen den troposphärischen Werten anpassen. Würde dies sehr rasch geschehen, so würde das die Verschiebung des Ergebnisses zu niedrigen Ozonwerten erklären. Stohl et al. [2003] postulierte außerdem, dass die Lebensdauer des Ozons, welches von der Stratosphäre in die Troposphäre transportiert wird, signifikant mit der geografischen Breite variiert. Dies würde bedeuten, dass nicht nur die Zeitkomponente des turbulenten Mischen das Ergebnis beeinflusst, sondern auch die Austauschposition. 3.7.1 Fallstudie: Troposphärisches Ozonmaximum untersucht mit Rückwärtstrajektorien In diesem, den Ergebnisteil abschließenden Abschnitt soll ein vom saisonalen Mittel abweichender Ozonwert mit Rückwärtstrajektorien untersucht werden. Aus dem Ergebnis des letzten Abschnitts, der Trajektorienübereinkünfte mit den SHADOZ- Ozonsonden, wurde die
3.7. ÜBEREINKÜNFTE VON STT- TRAJEKTORIEN MIT OZONSONDEN 49 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 500 550 600 650 700 750 800 850 Abbildung 3.15: Links: SHADOZ- Ozonprofil (durchgezogene Linie) am Standort Suva (Fiji) vom 02.03.2001 mit positiv vom saisonalen Mittel (gestrichelte Linie) abweichenden Ozonwerten zwischen 350hPa und 550hPa. Rechts: Rückwärtstrajektorien eingefärbt mit Druckwerten [hPa] und gestartet in der Box, die der Höhe und der geografischen Lage (178 ◦ W, 18 ◦ S) des Ozonmaximums (siehe links) entspricht. positivste Abweichung in der 500hPa bis 600hPa- Schicht ausgewählt. Wie in Abbildung 3.15 (links) zu sehen ist, handelt es sich dabei um eine Messung des Ozonprofils am SHADOZ- Standort Suva (Fiji; 178 ◦ W, 18 ◦ S) am 02. März 2001. In der Schicht von 350hPa bis 550hPa ist eine deutliche Abweichung von bis zu 35ppbv vom saisonalen Mittel (März/ April/ Mai) erkennbar. Ausgehend von diesem Höhenbereich wurden Rückwärtstrajektorien gestartet, welche in Abbildung 3.15 (rechts) dargestellt sind. Man erkennt, dass der Großteil der Trajektorien durch eine Westwindzone bis Südaustralien transportiert wird, dort die Richtung nach Norden ändert und während der Bewegung nach Norden an Höhe verliert. Kurz vor dem Erreichen der Schicht hoher Ozonwerte über Suva erfahren die Luftmassen noch einmal einen Wechsel Richtung Westen. Diese gesamte Struktur lässt sich eindeutig als Austausch in Folge von Transport entlang von Isentropen ausmachen. Die Isentropen befinden sich in dem Fall im Süden noch in der Stratosphäre und neigen sich Richtung Tropen in die Troposphäre (vgl. Abbildung 3.7). Die Luftpakete verlieren dementsprechend äquatorwärts an Höhe, weil sie adiabatisch den Isentropen folgen. Der Austauschprozess wird großräumig vom Subtropenjet (Westwindzone) angetrieben. Den kleinskaligen Prozess, z.B. eine Tropopausenfalte in Folge eines Cut- Off - Tiefes, kann man an den Rückwärtstrajektorien nicht genau definieren. Diese Fallstudie zeigt deutlich, dass starke positive Ozonabweichung mit Transport aus der Stratosphäre zusammenhängen kann.
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