Das Projekt "Der Einfluss von NOx-Emissionen des Flugzeugs auf die Atmosphaere bei Flughoehen von 8-15 km (AERONOX)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen durchgeführt. The AERONOX project investigated the emissions of nitrogen (NOx) from aircraft engines and global air traffic at cruising altitudes, the resultant increase in Nox concentrations, and the effects on the composition of the atmosphere, in particular with respect to ozone formation in the upper troposphere and lower stratosphere. The project was structured into three subprojects: Engine exhaust emissions, physics and chemistry in the aircraft wake, and global atmospheric model simulations. A complementary program of work by aviation experts has provided detailed information on air traffic data which was combined with data on aircraft performance and emissions to produce a global emissions inventory. The work resulted in improved predictive equations to determine Nox emission measurements on two engines in cruise conditions. This information was combined with a traffic database to provide a new global Nox emissions inventory. It was found that only minor chemical changes occur during the vortex regime of the emission plume; however this result does not exclude the possibility of further changes in the dispersion phase. A variety of global models was set up to investigate the changes in NOx concentrations and photochemistry. Although aviation contributes only a small proportion (about 3 per cent) of the total global NOx from the anthropogenic sorces, the models show that aviation contributes a large fraction to the concentrations of NOx in the upper troposphere, in particular north of 30 N.
Das Projekt "UV-Strahlung in Bayern im naechsten Jahrhundert" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut durchgeführt. Solare UV-Strahlung ist eine wichtige Groesse fuer Photochemie und Photobiologie. So sind z.B. Ausbildung und Verlauf sommerlicher Smogepisoden wesentlich vom UV-Angebot abhaengig. Unter biologischen und medizinischen Aspekten ist UV vor allem als Ausloeser von Zellveraenderungen bedeutsam. Moegliche Wirkungen reichen dabei von Ertragseinbussen bei Kulturpflanzen bis hin zu Sonnenbrand und Hautkrebs beim Menschen. In den letzten 30 Jahren hat das stratosphaerische Ozon deutlich abgenommen und die UV-B-Strahlung dementsprechend zugenommen. Zur Abschaetzung und Bewertung der potentiellen Risiken eines zukuenftigen UV-Strahlungsklimas wurden fuer vergangene (1967-1972), derzeitige (1987-1997) und zu erwartende Atmosphaerenbedingungen (2015 und 2050) verschiedenste UV-Strahlungsgroessen bestimmt. Hierfuer wurde die Strahlung unter Verwendung von Szenarien der relevanten Atmosphaerenparameter modelliert. Atmosphaerenparameter unter zukuenftigen Klimabedingungen wurden aus Simulationen des Gesamtozons durch ein globales Zirkulationsmodell sowie regionalen BayFORKLM-Klimasimulationen abgeleitet. Die UV-Strahlung wurde spektral hochaufgeloest fuer verschiedene Empfaengergeometrien (Globalstrahlung, aktinischer Fluss, Bestrahlungsstaerke auf eine vertikale Wand) modelliert. Durch spektrale Wichtung mit verschiedenen Wirkungsspektren (z.B. Erythem, Ozonphotolyse) wurden daraus biologisch und photochemisch relevante UV-Strahlungsgroessen abgeleitet. Flaechendeckend fuer Bayern bzw. in Form von Jahresgaengen fuer bestimmte Orte koennen damit Absolutwerte oder Unterschiede zwischen verschiedenen Bedingungen (z.B. Gegenwart und Zukunft, Jahreszeit, Atmosphaerenzustaende) angegeben werden. Die biologisch und photochemisch relevante UV-Strahlung nimmt in Bayern von Norden nach Sueden zu. Die Gruende hierfuer liegen sowohl in der zunehmenden Sonnenhoehe als auch in der ansteigenden Orographie, die Auswirkungen auf Luftreinheit und Bodenalbedo hat. Diese Zunahme betraegt zwischen Maintal und Hochlagen der Alpen im Sommer etwa 30 Prozent, im Winter sogar 100 Prozent. Typische Werte fuer wolkenfreie Bedingungen im Sommer liegen etwa 8 mal hoeher als im Winter. Waehrend einer Ozon-Minihole-Episode ist die UV-B-Strahlung typischerweise um 40 Prozent erhoeht. Optisch dicke Wolken reduzieren die UV-Strahlung bis auf etwa 10 Prozent der Werte fuer wolkenlose Atmosphaere. Fuer zukuenftige Bedingungen wurden 3 moegliche Ozonszenarien analysiert, die die voraussichtlichen, aber auch pessimistische und optimistische Bedingungen wiedergeben. Die Resultate zeigen, dass die hohen UV-Werte der letzten Jahre speziell im Winter und Fruehling noch fuer mehrere Jahrzehnte andauern werden. Fuer die Zeit um 2050 ist zu erwarten, dass die UV-Strahlung fuer Sommer und Herbst auf die Werte wie zur Zeit eines anthropogen noch weitgehend ungestoerten Ozongehaltes um 1970 zurueckgeht.(gekuerzt)
Das Projekt "Vermessung des Brom- und Iodgehalts in der unteren und mittleren Stratosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. In unserem Vorhaben soll der Gehalt von Brom (Bry) und Iod (Iy) in der unteren und mittleren Stratosphäre bestimmt werden. Brom-Verbindungen sind für ca. 30% des Ozonverlusts in der Stratosphäre verantwortlich und damit ist eine regelmäßige Vermessung des stratosphärischen Bry angezeigt. Direkte Messungen in der mittlerenStratosphäre wurden aber seit 2011 nicht mehr durchgeführt. Zudem finden wir bei unseren jüngeren, flugzeuggetragenen Messungen von Bry (an Bord der NASA Global Hawk und des HALO Forschungsflugzeugs) in der tropsichen Tropopausenregion (TTL) und unteren Stratosphäre (UT/LS) etwa 2-3 ppt mehr Bry als aus lang- (Halone), mittel- (CH3Br) und kurzlebigen Bromverbindungen (VSLS) sowie deren Abbauprodukten zu erwarten ist. Die Gründe hierfür sind derzeit unklar. Unser Ziel ist es, die Messzeitreihe von Bry in der unteren und mittleren Stratosphäre wiederaufzunehmen und die entsprechenden Trends zu evaluieren. Insbesondere wollen wir untersuchen, ob die erhöhten Konzentrationen von Bry in der TTL mit Bry in der Stratosphäre kompatibel sind und was die Gründe für mögliche Differenzen sind. In Bezug of Iy weisen unsere früherenBeobachtungen auf Konzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze hin, aber auch diese Untersuchungen liegen mehr als eine Dekade zurück. Neuere Arbeiten schlagen vor, dass die Bildung von höheren Iodoxiden zu einer Revision der bisher angenommenen Photochemie von Iod in der Stratosphäre führt, so dass ein erneuertes Interesse anstratosphärischem Iod besteht. Mit begrenztem zusätzlichem Aufwand wollen wir hier auch den Iy Gehalt (oder die entsprechenden Höchstgrenzen) in der Stratosphäre vermessen. Die Messungen sollen von einem Höhenforschungsballon (Steighöhe 30-38 km) aus mittels etablierter spektroskopischer Methoden in Sonnen-Okkultationsgeometrie durchgeführt werden. Es sind zwei Messflüge für Sommer 2021 von Kiruna, Schweden, und für Sommer 2022 von Timmins, Canada, aus geplant. Die Flüge und Kampagnen selbst werden durch die EU Infrastruktur HEMERA gefördert.
Das Projekt "LEXIS: Laborversuche zur Jodchemie in der Stratosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. The atmospheric chemistry of iodine has received much less attention than that of chlorine and bromine but recently a role for iodine in stratospheric ozone depletion has been proposed (Solomon et al. 1994). It is important to establish quantitatively the chemistry and budgets of atmospheric iodine, so that the influence, if any, of man-made iodine compounds on stratospheric ozone can be assessed. The objective of the LEXIS project is to provide laboratory data needed for this.
Das Projekt "Ozonvorlaeufer und deren Wirkung in der Troposphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Objective/Problems to be solved: Tropospheric ozone has a dual role with respect to climatic changes. Ozone is itself a greenhouse gas and it also plays a key role in the production of the hydroxyl radical (OH), which controls the lifetime of many climatically important tropospheric gases. Tropospheric ozone and OH are produced as a result of photochemical processes, through reactions involving ozone precursors. The proposed project is defined in order to answer three main questions: first, can the surface emissions of ozone precursors, and their variability be accurately quantified? Second, how should the current observations of chemical species be optimally coupled with chemistry-transport models (CTMs) to quantify the global budgets of ozone precursors and ozone ? Third, how do future changes in surface emissions and proposed future scenarios influence the lifetime of greenhouse gases and ozone distribution ? The project will provide a quantitative basis for emissions, distributions and evolution of chemical tropospheric species for discussions related to policies aimed at improving the quality of air or at reduction of greenhouse species anthropogenic emissions. Scientific objectives and approach: The overall objective of the project is to quantify accurately the budget of ozone precursors using a combination of observations and state of the art CTM. The retrieval methods to derive accurately the tropospheric burdens of CO, CH4, NO2 and ozone from observations provided by the IMG/ADEOS and GOME instruments will be improved. High resolution inventories of emissions for ozone precursors will be developed. The ability of several European CTMs to reproduce current distributions will be assessed, through detailed comparisons between model results and observations. The impact of changes in ozone precursors on the tropospheric oxidising capacity and on the distribution of ozone will be quantified. The relative importance of anthropogenic versus natural emissions in the ozone production will be quantified. The inverse modelling approach for quantifying surface emissions will be further developed. These developments will yield an assessment of the accuracy of current inventories. The impact of emission mitigation policies on the distributions of methane and ozone will be quantified.. Expected impacts: The proposed project addresses issues that are central to our understanding of the causes of large-scale air pollution and climate change, and will provide a quantitative basis for reducing the environmental and climatic impact of human activities. The new tools and data bases we will develop will aid the understanding of changes in the composition of the atmosphere and their consequences. The emissions distributions we will optimise could be used as a starting point for discussions on emissions reduction policies... Prime Contractor: Centre National de la Recherche Scientifique, FU 0005 - Institut Pierre-Simon Laplace; Guyancout/France.
Das Projekt "DOAS Messungen von der NASA Global Hawk während des NASA-ATTREX Projektes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. The present project addresses differential optical absorption spectrometry (DOAS) measurements in scanning limb geometry from aboard the unmanned high-flying aircraft NASA Global Hawk (GH). The DOAS measurements are made within the NASA sponsored ATTREX (Airborne Tropical TRopopause EXperiment) project, by a 3 channel (UV/vis/nearer) optical spectrometer financed by NASA, but mostly built in Heidelberg. In fall 2011 and winter 2012/13 successful flights were already successfully performed and the DOAS instrument peformed. Within ATTREX three field campaigns are planned to take place in the Western Pacific (from EAFB, GUAM, and Darwin) in the years 2013 to 2014 (Jan./Feb. 2013, Jan./Feb. 2014 and June/July 2014). The field campaigns comprise about 50 GH sorties with 600 flight hours spent air-borne. Major scientific foci of the NASA-ATTREX project are the photochemistry, the microphysics of aerosols and cloud particles, and air mass transport into and within the tropical tropopause layer (TTL). The DOAS measurements aim to measure the vertical profiles in the TTL of ozone relevant species such as O3, HONO, NO2, C2H2O2, CH2O, O4, BrO, OClO, IO, and OIO, and of some microphysical properties aerosols and clouds, i.e., the particle phase function, Mie scattering extinction coefficient, the ice water path (IWP) and probably the ice water content (IWC). Together with complementary observations made by other instruments aboard the GH, the DOAS measurements may serve to particularily provide new insights into (a) the photochemistry of halogen oxides (OClO, BrO and IO) in the TTL, in particular on the contribution of so called halogenated Very Short Lived Species (VSLS) to the budgets of stratospheric halogens, (b) the impact of lightning produced NOx and HOx (NO2, and HONO) and other of radicals (c.f. CH2O, BrO, IO) to the oxidation capacity of air in the outflow region of deep convection, and (c) to the abundance and micro-physical properties of frozen aerosols and cloud particles in the upper tropical troposphere and TTL.
Das Projekt "Untersuchung des Mechanismus der Bildung und der Wirkung von HNO2 in der urbanen Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Dieses Vorhaben untersucht die Bildung von HONO in der belasteten Atmosphaere und verfolgt seinen Einfluss auf den taeglichen Verlauf der Photochemie. Dazu wird die Bildung des HONO an einigen, besonders belasteten Stellen im Ballungszentrum Rhein-Main mit optischer Langpfad-Absorption verfolgt. Seine Wirkung hinsichtlich des Radikalaufkommens wird mit einem chemischen Verstaerker verfolgt. Besonders wichtig sind die Episoden des morgendlichen Beginns der photochemischen Ozonbildung durch HONO-Photolyse und die vermuteten RO2-Profile in unmittelbarer Naehe sonnenbeschienener Oberflaechen waehrend des Tages. Die an unterschiedlichen Oberflaechen zum HONO verlaufenden Reaktionen werden im Labor mit Spektroskopie und der Stopped-Flow-Methode untersucht und mechanistisch gedeutet. Daraus werden sich belastbare Grundlagen fuer die modellmaessige Erfassung des atmosphaerischen HONO ergeben.
Das Projekt "Atomarer Sauerstoff in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre der Erde" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Atomarer Sauerstoff (O) ist ein wichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Er erstreckt sich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (Engl.: Mesosphere and Lower Thermosphere: MLT), d. h. von etwa 80 km bis über 500 km Höhe. O wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff durch UV-Strahlung erzeugt. Er ist die am häufigsten vorkommende Spezies in der MLT und eine wichtige Komponente in Bezug auf dessen Photochemie. Außerdem ist O wichtig für den Energiehaushalt der MLT, da CO2-Moleküle durch Stöße mit O angeregt werden und die angeregten CO2-Moleküle im Infraroten strahlen und die MLT kühlen. Dies bedeutet, dass sich der globale Klimawandel auch auf die MLT auswirkt, denn die Erhöhung der CO2-Konzentration in der MLT führt zu einer effizienteren Kühlung und damit zu deren Schrumpfen. Die O Konzentration wird außerdem durch dynamische Bewegungen, vertikalen Transport, Gezeiten und Winde beeinflusst. Daher ist eine genaue Kenntnis der globalen Verteilung von O und seines Konzentrationsprofils sowie der täglichen und jährlichen Schwankungen unerlässlich, um die Photochemie, den Energiehaushalt und die Dynamik der MLT zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, Säulendichten und Konzentrationsprofile von O in der MLT durch Analyse der Feinstrukturübergänge bei 4,74 THz und 2,06 THz zu bestimmen. Die zu analysierenden Daten wurden mit dem Heterodynspektrometer GREAT/upGREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies) an Bord von SOFIA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, gemessen. Dies ist eine direkte Beobachtungsmethode, die genauere Ergebnisse liefern kann als existierende indirekte satellitengestützte Methoden, die photochemische Modelle benötigen, um O Konzentrationsprofile abzuleiten. Mit GREAT/upGREAT wurden seit Mai 2014 ca. 500.000 Spektren gemessen, die vier verschiedene Weltregionen abdecken, nämlich Nordamerika, Neuseeland, Europa und Tahiti/Pazifik. Zeitliche Variationen sowie der Einfluss von Sonnenzyklen, Winden und Schwerewellen werden ebenfalls im Rahmen des Projekts untersucht. Die Ergebnisse werden mit Satellitendaten, die für Höhen von 80 bis 100 km verfügbar sind, und mit Vorhersagen eines semi-empirischen Modells verglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Daten die ersten spektral aufgelösten direkte Messungen von O in der MLT sind. Dies ist eine vielversprechende Alternative zur Bestimmung der Konzentration von O im Vergleich mit indirekten satellitengestützten Methoden, die auf photochemischen Modellen beruhen.
Das Projekt "Vakuum-UV-Photo-CVD fuer amorphe Silicium-Kohlenstoff-Legierungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren durchgeführt. Objective: For a soft deposition of amorphous sic alloys a specific photo cvd process is proposed, which can be expected t improve the P +/I-interface in a-sih-p-I-n solar cells. General Information: A vaccum-uv-photo-cvd reactor for direct decomposition of sih4, si2h6, b2h6, and of hydrocarbons (ch4, c4h10) has been operated with a gaseous transmission filter between deposition chamber and d2-lamp. Growth rates mainly depend on total gas pressure, window-to-substrate distance, and spatial gas flow distribution in the reactor. Undoped a-si:h and a-sic:h films show fermi level position near midgap and photo conductivities exceeding the data for glow discharge deposited films. A shift of fermi level position towards the valence band has been achieved with b2h6 doping. For optical band gap eg = 2.24 ev activation energy determined from temperature dependent dark conductivity decreases from higher then 1 ev (intrinsic layers) to 0.42 ev for heavily doped films. C-incorporation is more effective with c4h10 compared to ch4 because of higher absorption cross section. Since photo cvd growth rates with our commercial d2-lamp are about 2 orders of magnitude lower than glow discharge deposition rates, a novel large area vuv lamp based upon dielectric barrier discharges has been built. Achievements: There is strong evidence that the addition of diborane to the silane gas phase for p-type doping of amorphous silicon pin structures causes dramatic changes in plasma parameters compared with pure silane discharges or mixtures of silane and phosphine. Considerable changes are produced in the properties of boron doped films, compared with undoped or n-doped ones, including a decrease in hydrogen content, gap narrowing, grainy structures and a decrease in dopability. In addition, interface states at the pi interface, which reduce the current of minority carriers in solar cells, are also produced.
Das Projekt "Bewertung der Wirkung von Dimethylsulfid auf das Klima" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Physikalische Chemie durchgeführt. Objective/Problems to be solved: The proposed research programme is designed to resolve many of the outstanding key issues concerning the chemical transformation of DMS so that a reliable quantitative appraisal can be made of its contribution to CCN formation and consequently an assessment of the magnitude of its regulatory role in climate. Past work on the atmospheric chemistry has been instrumental in highlighting very specific processes, which need to be investigated in detail if a reliable assessment of the relationship between DMS, CCN and climate is to be made. The continuing improvement in analytical techniques now makes it possible to make high quality and high time resolution measurements of many species, both in the laboratory and in the field, which were previously either not possible or only with large error limits and poor time resolution. Scientific objectives and approach: The major objectives of the project are 1) to put constrains on the large uncertainties associated with current photochemical models by providing more accurate gas-phase kinetic and photochemical data on DMS oxidation chemistry. 2) Investigate particle formation from both DMS and DMSO. 3) Simultaneous high-time resolution measurements of dimethyl sulphide, oxidation products, halogen oxides, NO3 radical, and aerosol number/size distribution in 3 campaigns at sites with different geographical locations reflecting distinct aspects of DMS chemistry. 4) Use the data to determine the relative importance of the oxidants OH, NO3 and halogen oxides under different atmospheric conditions. 5) Use the laboratory data to construct a DMS chemistry module for CT-models capable of describing both the remote and polluted marine atmosphere and test of the models against the field data. The objectives will be achieved by a closely co-ordinated amalgamation of laboratory, field and modelling investigations. Expected impacts: The main deliverables of the project will initially be progressive constraints on kinetic/ mechanistic aspects of the oxidation chemistry of DMS and DMSO from laboratory and field experiments. This will be accompanied by high-time resolution field measurements of DMS, oxidation products, aerosols and other products relevant to the photo-chemistry. Based on this laboratory and field information a comprehensive gas/aerosol DMS-halogen-chemistry mechanism (g/a-DMS-HALO) module for incorporation in CT-models will be developed, which will be capable of describing DMS chemistry in both the remote and polluted marine atmosphere. The information can eventually be incorporated into global climatic models.