Spurenstoffe

Über

Stickoxide und Aerosole sind relevante Indikatoren für die Luftqualität innerhalb eines großen Höhenbereichs der Atmosphäre. In der planetaren Grenzschicht ist z.B. die Belastung durch den Straßenverkehr im urbanen Bereich von Bedeutung. In der freien Troposphäre bis in die Region der oberen Troposphäre / unteren Stratosphäre (UTLS) spielen beispielsweise vertikaler Transport aus der planetaren Grenzschicht, Produktion von Stickoxiden durch Blitze sowie Emissionen durch den Luftverkehr eine Rolle.

Wir messen diese Spurenstoffe im Rahmen der Forschungsinfrastruktur IAGOS. Die dabei durchgeführten Profilmessungen, ausgehend von den Flughäfen vieler internationaler Großstädte, sowie die Messungen auf Reiseflughöhe ermöglichen eine globale Abdeckung in allen relevanten Höhenbereichen.

Forschungsthemen

  • Budget von Ozon und Stickoxiden in der oberen Troposphäre und Tropopausenregion
  • Transportprozesse und Austausch an der Tropopause
  • Luftqualität im Nahfeld von Flughäfen
  • Optische Eigenschaften von Aerosolen
  • Größenverteilung und Gesamtkonzentration von Aerosolen und nicht-flüchtigen Parikeln
  • Betrieb des IAGOS-SimLab

Kontakt

Dr. Ulrich Bundke

IEK-8

Gebäude 05.2 / Raum 3049b

+49 2461/61-8854

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Stickoxide: Package2b (IAGOS-CORE)

Spurenstoffe
Aufbau des P2b-Messgeräts

Das bei IAGOS-CORE auf Flugzeugen den Typs Airbus A340 betriebene Stickoxid-Messgerät Package2b (P2b) basiert auf dem Prinzip der Photolumineszenz. Dabei werden die Photonen detektiert, welche bei der chemischen Reaktion zwischen dem atmosphärischen NO und dem im Detektor zugefügten Ozon frei werden. Die Umwandlung von NO2 in NO erfolgt durch die photolytische Umwandlung mit dem Licht von UV-LEDs. Das Ein- und Ausschalten der LEDs ermöglicht dabei die sequenzielle Messung von NO und NOx. Das Messinstrument wurde so konstruiert, dass es über den Zeitraum von mehreren Monaten zuverlässig und autonom betrieben werden kann.

Aerosole

Zur Aerosolmessung wird das Package2c im IAGOS-CARIBIC Flying Laboratory, einem modifizierten Cargo Containerflugzeug des Modells Airbus A340-600 der Lufthansa verwendet. IAGOS-CORE wird um das in 2022 neu entwickelte Package2e zur Luftqualitätsmessung erweitert.

Package2c (IAGOS-CARIBIC)

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Der Container der Messgeräte im IAGOS-CARIBIC Flying Laboratory

Das IAGOS P2c Messgerät misst die Größenverteilung von Aerosolpartikeln mithilfe eines Optical Particle Counters (OPC) sowie die integrale numerische Konzentration der Aerosolpartikel und nicht-flüchtigen Partikelkerne durch zwei Condensation Particle Counter (CPC). Die Informationen über die Aerosolgröße nach dem sogenannten Akkumulationsmodus (Partikeldurchmesser zwischen 0,1 und 1µm) deckt die Gesamtheit an Partikeln ab, die zur Bildung von flüssigem Waser und Eiswolken beitragen. Die Gesamtzahlkonzentration liefert Informationen zur Umwandlung von Gas zu Partikeln und zur Partikelkeimbildung auf Flughöhe. Die Differenz zwischen der totalen und der nicht-flüchtigen Partikelkernkonzentration umfasst komplementäre Informationen über die anthropogene Beteiligung zur atmosphärischen Aerosolbelastung.

Package2e (IAGOS-CORE)

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Aufbau des P2e-Messgeräts

Das P2e wurde zur autonomen Messung der optischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln, Größenverteilungen und Gesamtkonzentration innerhalb der Atmosphäre in Kombination der NO2-Messungen entwickelt. Damit ergibt sich ein Maß für die Luftqualität.

Die Größenverteilung der Aerosolpartikel wird mithilfe eines optischen Partikelspektrometers (Portable Optical Particle Spectrometer, kurz: POPS) bestimmt. Dieses Messinstrument wurde ursprünglich extern konstruiert und für IAGOS in enger Kooperation mit der NOAA Atmospheric Composition & Chemical Processes (ACCP) Gruppe weiterentwickelt. Zusätzlich ist ein Condensation Particle Counter (CPC) verbaut, welcher Wasser als Trägerflüssigkeit verwendet und die Gesamtkonzentration von Partikeln zählt. Für diesen CPC besteht eine Kooperation mit Aerosol Dynamics sowie Aerosol Devices Inc.

Der Extinktionskoeffizient der Partikel bei den Wellenlängen 450nm und 630nm erfolgt durch die Vermessung mit drei Röhren der Cavity Phase Shift Particulate Matter extinction (CAPS PMex). Eine vierte Röhre misst zeitgleich die NO2-Konzentration (CAPS NO2). Die Funktionalität des Geräts werden von einem FPGA und Realtime single board Computer überwacht, welche zudem die relevanten Signale der Instrumente sammelt und aufzeichnet.

MITARBEITENDE
Dr. Ulrich BundkeSenior Scientist Head of group "Global Monitoring"Gebäude 05.2 / Raum 3049b+49 2461/61-8854
Norbert HoubenTechnischer MitarbeiterGebäude 05.2 / Raum 3049b+49 2461/61-6923
Dr. Christoph MahnkePostdocGebäude 05.2 / Raum 3046+49 2461/61-3290
Marcel BergGebäude 05.2 / Raum 3044+49 2461/61-6932
Patrick WeberPhD studentGebäude 05.2 / Raum 3046+49 2461/61-3290
Torben BlomelTechnischer Mitarbeiter Gebäude 05.2 / Raum R 3050+49 2461/61-96419
Ines-Marie ThelenB.Eng. (Industrial Engineering)Gebäude 05.2 / Raum 3050+49 2461/61-96419
Jannik SchmittB.Eng. (Physikingenieurwesen / Physics Engineering)Gebäude 05.2 / Raum 3045+49 2461/61-96419
Dr. Oliver F. BischofGuest Scientist +49 2461/61-9004
Jost LoerzerGebäude 05.2 / Raum 3034+49 2461/61-6932
Anika LeschGebäude 05.2 / Raum 3043+49 2461/61-6932

Letzte Änderung: 26.03.2024