Institutsbericht 2002/2003 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

22 Untersuchung des troposphärischen Aerosols innerhalb von
EARLINET
(M. Gerding, M. Alpers, R. Eixmann)
Troposphärisches Aerosol ist für die Strahlungsbilanz
der Erdatmosphäre von enormer Bedeutung.
Trotzdem sind genaue Verteilung und Dynamik
der Aerosole noch weitgehend unverstanden.
1997 wurde deswegen mit Beteiligung des IAP
das deutsche Lidarnetz (bestehend aus fünf Lidar-
Stationen) zur Untersuchung des troposphärischen
Aerosols gegründet. Dieses wurde im Jahr 2000
durch das European Aerosol Research Lidar Network
(EARLINET, siehe Abb. 22.1) ersetzt. Die
Messungen bildeten die Grundlage für die Bestimmung
von Extinktions- und Rückstreukoeffizienten
des Aerosols. Bis zum Ende des EARLINET-
Projekts im Januar 2003 wurde am IAP ein mehr
als fünfjähriger Datensatz der Aerosolparameter
über Kühlungsborn erhoben und ausgewertet.
Nicht zuletzt aufgrund seiner leistungsfähigen,
auf Strato- und Mesosphärenmessungen ausgerich-
Abb. 22.1: Die 20 Lidarstationen des
EARLINET-Projekts.
teten Instrumentierung (siehe Kapitel 6) lieferte das IAP-RMR-Lidar einen besonderen Beitrag
zum EARLINET. Die Rückstreuung von Aerosolen und Luftmolekülen wird auf den drei ausgesendeten
Wellenlängen detektiert (355 nm, 532 nm und 1064 nm) und die Anwesenheit fester
Aerosolpartikel über einen Depolarisationskanal nachgewiesen. Die Extinktion kann während
der Nachtstunden über die Raman-Rückstreuung bei zwei weiteren Wellenlängen (387 nm und
607 nm) bestimmt werden.
Die Schwerpunkte der EARLINET-Messungen bildeten die regelmäßigen einstündigen Sondierungen
für die Aerosol-Klimatologie, Messungen bei Hochdruckwetterlagen und bei besonderen
Ereignissen wie durchziehendem Saharastaub. Innerhalb des EARLINET wurde zudem ein
Algorithmenvergleich mit künstlichen Daten durchgeführt, um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse
(Rückstreukoeffizient, Extinktionskoeffizient) sicherzustellen. Die Auswerte-Algorithmen
des IAP-RMR-Lidars erzielten dabei gute Ergebnisse (Matthias et al., Appl. Opt., 43, 961–976,
2004). Ein Lidar-Gerätevergleich fand bereits zwischen 1998 und 2001 statt.
Zusammen mit den Sondierungen aus dem deutschen Lidarnetz besteht am IAP eine rund
fünfjährige Messreihe der vertikalen Aerosolverteilung in der Troposphäre. Zur Erstellung der
Aerosol-Klimatologie wurden Lidar-Sondierungen regelmäßig an drei Terminen pro Woche durchgeführt
(zweimal nach Sonnenuntergang, einmal mittags). In Abbildung 22.2 ist die Aerosol-
Rückstreuung für die fünf Messjahre getrennt nach Grenzschicht und freier Troposphäre dargestellt.
Als Grenzschicht bezeichnet man die unteren 1-2 km der Atmosphäre, die noch stark
vom Erdboden beeinflusst sind. Man erkennt, dass im Sommer der Aerosol-Rückstreukoeffizient
innerhalb der Grenzschicht meist höher ist als im Winter. Durch die im Sommer typischen
Westwind-Wetterlagen kommt es in dieser Zeit zu einem verstärkten Aerosoleintrag vom Boden
in die Atmosphäre. Der Transport kleinster Wassertröpfchen und Seesalz-Partikel in die
Atmosphäre spielt am Standort Kühlungsborn eine zusätzliche Rolle. Aufgrund von Konvektion
ist die Grenzschicht zudem weiter ausgedehnt und durchmischt. Oberhalb der Grenzschicht ist
eine saisonale Variation des Rückstreukoeffizienten mit Minimum im Winter nur schwach zu
erkennen. Hier überwiegen kurzfristige Schwankungen.
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