Modellierung des troposphärischen Ozonabbaus im arktischen Frühling
Modellierung des troposphärischen Ozonabbaus im arktischen Frühling
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模拟北极春季对流层臭氧消耗
DOI：
10.11588/heidok.00029447
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Maximilian M.
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Herrmann;Maximilian M.
臭氧在大气中具有明显的氧化作用。在大气对流层中，臭氧的浓度为30-50 nmol/mol。臭氧将通过Stickoxiden和flüchtigen organischen的光化学反应而产生，并在Arktis transportiert中通过Niedrigeren Breiten产生。Im polaren Frühling韦尔登regelmäßig tropozerärische Ozonzerstörungsereignisse（Ozone Depletion Event，kurz ODE）beobachtet. Während eines ODE reduziert sich das Mischungsverhältnis von Ozon in der planetaren Grenzschicht innerhalb von Stunden bis Tagen von der Hintergrundkonzentration auf Werte von nahezu Escheriche. Gleichzeitig韦尔登ansteigende Konzentrationen von gasförmigen Halogenen，insbesondere Brom，beobachtet，welches aus Meersalz im Aerosol，Schnee or der Eis freigesetzt wird.一个更大的发射机制是“溴爆炸”。在一个ODE中，大气的氧化势和臭氧的化学过程，有机气体和快速反应都是韦尔登的，最好是对ODE的研究。 KINAL-T化学输运模型在一维条件下求解常微分方程。 在这篇文章中，ODE是一种从臭氧中提取的混合物，它是一种从溴中提取溴的化学物质。臭氧可以通过光化学或运输过程来产生，这是一种溴爆炸和ODE。 通过模型的建立和参数的优化研究，可以对复杂的气溶胶化学过程进行计算机模拟和优化。Es韦尔登Ozzillationsperioden von mindestens fünf Tagen für photochemisch erneuertes Ozon und von mindestens 30 Tagen für Ozonerneuerung durch vertikalen Transport aus der freien Tropoeischiäre gefunden. Eine wichtige Voraussetzung für oszillierende ODEs ist nach den Ergebnissen dieser Arbeit eine ausreichend starke Inversionsschicht，die den Austausch der Luft zwischen der Grenzschicht und freien Troposphäre minimiert。在一项参数研究中，将对粘性氧化物浓度、温度、气溶胶和太阳辐射的反演时间段进行分析。 在三维空间中，区域WRF化学韦尔登模型在一个大的实验室中进行化学和运输。Das Ziel is eine möglichst genaue Vorhersage der Ozon- und Bromchemie im Frühjahr 2009，für das viele Messdaten zum Vergleich vorliegt.因此，我们将进一步研究卤代化学和溴代化学机理，并将其应用于对Meereises变化的研究。在一项参数研究中，韦尔登测试了发射机构，并使用国美2号卫星获得了两个数据和两个信息站。该模型的结构与信息一致。一个排放试验验证了模拟结果，然后验证了通过臭氧氧化溴模拟溴爆炸的结果。气象松弛法是常微分方程的一种改进方法，它不适用于实时模拟。因此，在Frühling möglich中，卤代化学机理并不代表着对区域化学的认识。
Ozon ist als starkes Oxidationsmittel ein wichtiges Spurengas in der Atmosphäre. In der arktischen Troposphäre liegt die Hintergrundkonzentration von Ozon bei etwa 30-50 nmol/mol. Das Ozon wird hauptsächlich durch photochemische Reaktionen von Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen gebildet oder aus niedrigeren Breiten in die Arktis transportiert. Im polaren Frühling werden regelmäßig troposphärische Ozonzerstörungsereignisse (Ozone Depletion Event, kurz ODE) beobachtet. Während eines ODE reduziert sich das Mischungsverhältnis von Ozon in der planetaren Grenzschicht innerhalb von Stunden bis Tagen von der Hintergrundkonzentration auf Werte von nahezu Null. Gleichzeitig werden ansteigende Konzentrationen von gasförmigen Halogenen, insbesondere Brom, beobachtet, welches aus Meersalz im Aerosol, Schnee oder Eis freigesetzt wird. Ein möglicher Emissionsmechanismus ist die autokatalytische "Bromexplosion". Da im Rahmen eines ODE das Oxidationspotential der Atmosphäre und die chemischen Prozesse von Ozon, organischen Gasen und Quecksilber stark verändert werden, besteht Interesse an der Untersuchung von ODEs. Mit dem eindimensionalen, chemischen Transportmodell KINAL-T wird das Auftreten von oszillierenden ODEs untersucht. Nach dem Abbruch eines ODE ist das Mischungsverhältnis von Ozon auf nahezu Null gesunken, was zu einer Umwandlung von reaktivem Brom zu chemisch trägem Bromid führt. Ozon kann sich dann photochemisch oder durch Transportprozesse erneuern, was zu einer weiteren Bromexplosion und ODE führen kann. Um dies zu modellieren und in einer umfassenden Parameterstudie zu untersuchen, wird das Computermodell optimiert und unter anderem um komplexe Aerosolchemie erweitert. Es werden Oszillationsperioden von mindestens fünf Tagen für photochemisch erneuertes Ozon und von mindestens 30 Tagen für Ozonerneuerung durch vertikalen Transport aus der freien Troposphäre gefunden. Eine wichtige Voraussetzung für oszillierende ODEs ist nach den Ergebnissen dieser Arbeit eine ausreichend starke Inversionsschicht, die den Austausch der Luft zwischen der Grenzschicht und freien Troposphäre minimiert. In einer Parameterstudie wird die Abhängigkeit der Oszillationsperiode von der Stickoxidkonzentration, Stärke der Inversionsschicht, Lufttemperatur, Aerosoldichte und Sonneneinstrahlung untersucht und diskutiert. Mit dem dreidimensionalen, regionalen Modell WRF-Chem werden Chemie und Transport in einem den Großteil der Arktis umfassenden Gebiet untersucht. Das Ziel ist eine möglichst genaue Vorhersage der Ozon- und Bromchemie im Frühjahr 2009, für das viele Messdaten zum Vergleich vorliegt. Hierzu wird ein bestehender Chemiemechanismus um Halogenchemie und Bromemissionsmechanismen erweitert, außerdem wird die Einspeisung von Daten zur Unterscheidung des Alters des Meereises ermöglicht. In einer Parameterstudie werden verschiedene Emissionsmechanismen getestet und mit GOME-2 Satellitendaten sowie Daten an zwei Messstationen verglichen. Die vom Modell gefundenen Strukturen sind mit den Messdaten konsistent. Eine Erhöhung der Emissionsstärke verbessert die Simulationsergebnisse, zudem verbessert die Annahmen einer Bromfreisetzung durch von Ozon oxidiertes Bromid die Simulation der Auslösung der Bromexplosion. Meterologische Relaxation ist zur korrekten Vorhersage der ODEs über die dreimonatige Simulationszeit nötig. Es stellte sich heraus, dass ohne den Halogenchemiemechanismus keine korrekte Vorhersage der arktischen Chemie im Frühling möglich ist.