The TROPOMI instrument onboard the Copernicus SENTINEL-5 Precursor satellite is a nadir-viewing, imaging spectrometer that provides global measurements of atmospheric properties and constituents on a daily basis. It is contributing to monitoring air quality and climate, providing critical information to services and decision makers. The instrument uses passive remote sensing techniques by measuring the top of atmosphere solar radiation reflected by and radiated from the earth and its atmosphere. The four spectrometers of TROPOMI cover the ultraviolet (UV), visible (VIS), Near Infra-Red (NIR) and Short Wavelength Infra-Red (SWIR) domains of the electromagnetic spectrum. The operational trace gas products generated at DLR on behave ESA are: Ozone (O3), Nitrogen Dioxide (NO2), Sulfur Dioxide (SO2), Formaldehyde (HCHO), Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4), together with clouds and aerosol properties. Daily observations are binned onto a regular latitude-longitude grid. This product displays the ozone (O3) concentration globally (in Dobson Unit). The ozone layer in the stratosphere protects the biosphere from harmful solar ultraviolet radiation. Ozone in troposphere can pose risks to the health of humans, animals, and vegetation. This product is generated in the scope of the DLR project INPULS. INPULS develops (a) innovative retrieval algorithms and processors for the generation of value-added products from the atmospheric Copernicus missions Sentinel-5 Precursor, Sentinel-4, and Sentinel-5, (b) cloud-based (re)processing systems, (c) improved data discovery and access technologies as well as server-side analytics for the users, and (d) data visualization services.
Atmosphärische Treibhausgas-Konzentrationen Bedingt durch seine hohe atmosphärische Konzentration ist Kohlendioxid nach Wasserdampf das wichtigste Klimagas. Die globale Konzentration von Kohlendioxid ist seit Beginn der Industrialisierung um gut 50 % gestiegen. Demgegenüber war die Kohlendioxid-Konzentration in den vorangegangenen 10.000 Jahren annähernd konstant. Konzentrationen weiterer Treibhausgase tragen ebenfalls zum Klimawandel bei. Kohlendioxid Durch das Verbrennen fossiler Energieträger (wie zum Beispiel Kohle und Erdöl) und durch großflächige Entwaldung wird Kohlendioxid (CO 2 ) in der Atmosphäre angereichert. Diese Anreicherung wurde durch die Wissenschaft unzweifelhaft nachgewiesen. Die weltweite Kohlendioxid-Konzentration lag im Jahr 2023 bei 419,55 µmol/mol ( ppm ) Kohlendioxid ( NOAA 2023 ). Hinzu kommen Konzentrationen weiterer Treibhausgase, die ebenfalls zum weltweiten Klimawandel beitragen. Die Auswertung von Messungen der atmosphärischen Kohlendioxid-Konzentration für das Jahr 2015 an den Messstationen des Umweltbundesamtes Schauinsland (Südschwarzwald) und auf der Zugspitze hat gezeigt, dass in diesem Jahr die Konzentration an beiden Stationen im Jahresdurchschnitt erstmals über 400 µmol/mol (ppm) lag. Zum Vergleich: Die Kohlendioxid-Konzentration aus vorindustrieller Zeit lag bei etwa 280 µmol/mol (ppm). Auf Deutschlands höchstem Gipfel sind die Messwerte besonders repräsentativ für die Hintergrundbelastung der Atmosphäre, da die Zuspitze häufig in der unteren freien Troposphäre liegt und somit weitestgehend unbeeinflusst von lokalen Quellen ist. Im Jahr 2023 stieg der Jahresmittelwert auf der Zugspitze auf 420,7 µmol/mol (ppm) (siehe Abb. „Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre (Monatsmittel)“). Lange Messreihen ergeben ein zuverlässiges Maß für den globalen Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration. Dank ihrer Genauigkeit ermöglichen sie es, den Effekt der Verbrennung fossiler Brennstoffe von natürlichen Konzentrations-Schwankungen zu unterscheiden. Auf dieser Grundlage kann die langfristige Veränderung des Kohlendioxid-Vorrats in der Atmosphäre mit Klimamodellen genauer analysiert werden. Die Auswertung der Messreihe vom aktiven Vulkan Mauna Loa auf Hawaii werden zur Bestimmung des globalen Kohlendioxid-Anstiegs genutzt, da sich die Messstation in größer Höhe und weit entfernt von störenden Kohlendioxidquellen befindet. Während in den 1960er-Jahren der jährliche Anstieg auf Mauna Loa (aktiver Vulkan auf Hawaii, wo) im Mittel noch bei 0,86 µmol/mol (ppm) Kohlendioxid lag, stieg der Welttrend in den vergangenen 15 Jahren im Mittel auf 2,35 µmol/mol (ppm) pro Jahr, in Mauna Loa auf 2,41 µmol/mol (ppm) pro Jahr. Gegenüber den 1950er-Jahren wurde damit der globale Kohlendioxid-Anstieg annähernd verdreifacht. Methan Bis 2023 stieg die weltweite Methan-Konzentration bis etwas über 1921,9 nmol/mol ( ppb ). An der Messstation Zugspitze wurde für 2023 ein Jahresmittelwert von 1994,0 nmol/mol (ppb) gemessen (siehe Abb. „Methan-Konzentration in der Atmosphäre (Monats- und Jahresmittelwerte)“). Lachgas Weltweit lag die Lachgas-Konzentration im Jahr 2023 bei über 336,7 nmol/mol ( ppb ). An der Messstation Zugspitze wurde für 2023 ein Jahresmittelwert von 337,4 nmol/mol (ppb) gemessen (siehe Abb. „Lachgas-Konzentration in der Atmosphäre (Monatsmittelwerte)“). Beitrag langlebiger Treibhausgase zum Treibhauseffekt In der Summe bilden Kohlendioxid (CO 2 ), Methan, Lachgas und die halogenierten Treibhausgase den sogenannten Treibhauseffekt : Die langlebigen Treibhausgase leisteten 2022 einen Beitrag zur globalen Erwärmung (NOAA 2023) von insgesamt 3,398 W/m² (Watt pro Quadratmeter). Verglichen mit dem Stand von 1990 ergibt dies eine Zunahme von fast 49 %. Dabei leistet atmosphärisches CO 2 den vom Menschen in erheblichem Umfang mit verursachten Hauptbeitrag zur Erwärmung des Erdklimas. In Folge dieser Klimaerwärmung nimmt auch der sehr mobile und wechselnd wirkende Wasserdampf in der Atmosphäre zu. Im Vergleich zu CO 2 ist dieser zwar deutlich maßgebender für die Erwärmung, atmosphärisches CO 2 bleibt aber der vom Menschen verursachte Hauptantrieb. Wie stark die verschiedenen langlebigen Klimagase im Einzelnen zur Erwärmung beitragen, ist in der Abbildung „Beitrag zum Treibhauseffekt durch Kohlendioxid und langlebige Treibhausgase 2022“ zu sehen. Der größte Anteil dabei entfällt auf Kohlendioxid mit etwa 63,9 %, gefolgt von Methan mit 19,1 %, Lachgas mit 5,7%, und den halogenierten Treibhausgasen insgesamt mit 11,3 %. Obergrenze für die Treibhausgas-Konzentration Um die angestrebte Zwei-Grad-Obergrenze der atmosphärischen Temperaturerhöhung mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 66 % zu unterschreiten, müsste die gesamte Treibhausgas -Konzentration (Kohlendioxid, Methan, Lachgas und F-Gase) in der Atmosphäre bis zum Jahrhundertende bei rund 450 ppm Kohlendioxid-Äquivalenten stabilisiert werden. Dabei ist eine kurzfristige Überschreitung dieses Konzentrationsniveaus möglich ( IPCC-Synthesebericht ). 2022 lag die gesamte Treibhausgas-Konzentration bei 523 ppm Kohlendioxid-Äquivalenten (siehe Abb. „Treibhausgas-Konzentration in der Atmosphäre“). Um die angestrebte Stabilisierung zu erreichen, müssen die globalen Treibhausgas-Emissionen gesenkt werden. In den meisten Szenarien des Welt-Klimarates (IPCC) entspricht dies einer Menge von weltweiten Treibhausgas-Emissionen zwischen 30 und 50 Milliarden Tonnen (Mrd. t) Kohlendioxid-Äquivalenten im Jahr 2030. Im weiteren Verlauf bis 2050 müssten die Emissionen weltweit zwischen 40 % und 70 % unter das Niveau von 2010 gesenkt werden und bis Ende des Jahrhunderts auf nahezu null sinken. Dazu sind verbindliche Zielsetzungen im Rahmen einer globalen Klimaschutzvereinbarung erforderlich. Im Dezember 2015 vereinbarte die Staatengemeinschaft auf der 21. Vertragsstaatenkonferenz unter der Klimarahmenkonvention (COP21) das Klimaschutz -Übereinkommen von Paris. Darin ist zum ersten Mal in einem völkerrechtlichen Abkommen verankert, dass die durchschnittliche globale Erwärmung auf deutlich unter zwei Grad begrenzt werden soll. Darüber hinaus sollen sich die Vertragsstaaten bemühen, den globalen Temperaturanstieg möglichst unter 1,5 Grad zu halten. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Treibhausgas-Emissionen sobald wie möglich abgesenkt werden. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts soll eine globale Balance der Quellen und das Senken von Treibhausgas-Emissionen (Netto-Null-Emissionen) erreicht werden. Das bedeutet die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft und damit einen Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger. Enorme Anstrengungen sind notwendig, um dieses Ziel zu erreichen, und zwar nicht nur in Deutschland, sondern in allen Staaten, insbesondere den Industrienationen. Zur Erreichung der Klimaziele hat Deutschland das Klimaschutzprogramm 2030 verabschiedet. Weiterführende Informationen Auf den folgenden Seiten finden Sie weiterführende Informationen zu internationalen Klimabeobachtungssystemen: Thema: Globale Überwachung der Atmosphäre (GAW) WMO: Global Atmosphere Watch (GAW) WMO: Global Climate Observing System (GCOS) Weltdatenzentrum für Treibhausgase (WDCGG) BMVBS/DWD: Die deutschen Klimabeobachtungssysteme Wir danken der Nationalen Administration für die Ozeane und die Atmosphäre (NOAA Global Monitoring Division) in Boulder, USA und dem Scripps Institut für Ozeanography, La Jolla, USA für die CO 2 -Daten des GAW Globalobservatoriums von Mauna Loa, Hawaii, sowie dem Mace Head GAW Globalobservatorium, Irland und dem AGAGE Projekt für die Lachgasdaten.
Beobachtete und künftig zu erwartende globale Klimaänderungen Die Veränderungen im globalen Klimasystem haben seit 1950 rapide zugenommen und sind beispiellos im Vergleich zu den vorherigen Jahrtausenden. Zweifellos hat der menschliche Einfluss zur deutlichen Erwärmung der Atmosphäre, Ozeane und Landflächen geführt. Anhaltende Treibhausgas-Emissionen werden auch künftig starke Klimaänderungen und weitere Extremereignissen verursachen. Aktueller Stand der Klimaforschung Auf Basis deutlich verbesserter Kenntnis der Klimaprozesse, besserer (paläoklimatischer) Nachweise zu den Klimabedingungen vergangener Erdepochen und der Reaktion des Klimasystems auf den zunehmenden Strahlungsantrieb der Sonne ist der vom Menschen verursachte Klimawandel eindeutig nachweisbar und wirkt sich bereits auf sehr viele Wetter - und Klimaextreme in allen Regionen der Welt aus. Dieser Einfluss des Menschen auf das Erdklima (anthropogener Klimawandel) und die damit einhergehenden weitverbreiteten Veränderungen zeigen sich in der schnellen Erwärmung der unteren Atmosphäre und der Ozeane, in den Veränderungen des globalen Wasserkreislaufs, in der weltweiten Abnahme von Schnee und Eis, im Anstieg des mittleren globalen Meeresspiegels und an veränderten Jahreszeiten. Zudem gibt es jetzt noch mehr beobachtete Veränderungen von Wetterextremen wie Hitzewellen, Starkniederschlägen, Überflutungen, Dürren und tropischen Wirbelstürmen sowie insbesondere noch mehr eindeutigere Belege für deren Zuordnung zum Einfluss des Menschen. Die Treibhausgas-Konzentrationen in der Atmosphäre sind auch in den letzten 10 Jahren weiter angestiegen und haben 2023 jährliche Mittelwerte von 419 ppm für Kohlendioxid (CO 2 ), 1.940 ppb für Methan (CH 4 ) und 336,8 ppb für Lachgas (N 2 O) erreicht. Die mittlere globale dekadische Oberflächentemperatur stieg im Zeitraum von 1880 bis 2023 um mehr als 1,3 °C (vgl. Abb. „Der Einfluss des Menschen hat das Klima in einem Maße erwärmt, wie es seit mindestens 2.000 Jahren nicht mehr der Fall war"). Auf der Nordhalbkugel war die letzte Dekade die wärmste seit mehr als 125.000 Jahren. Zu erwartende globale Klimaänderungen Bis Ende des 21. Jahrhunderts wird sich die Erwärmung der bodennahen Luftschicht fortsetzen. Alle zugrunde gelegten Treibhausgasemissionsszenarien ergeben bis Ende des 21. Jahrhunderts eine Temperaturzunahme. Je nach Szenario kann die mittlere Erwärmung von 1,5 bis 5,7 °C im Vergleich zu vorindustriellen Bedingungen (Referenzperiode: 1850-1900) reichen. Nur unter der Voraussetzung sehr ambitionierter Klimaschutzmaßnahmen und drastischer Reduktionen der CO 2 - und anderer Treibhausgas -Emissionen ließe sich der mittlere Temperaturanstieg bis 2100 gegenüber der vorindustriellen Zeit auf 1,5 °C bis 2,4 °C begrenzen. Nähere Informationen zum Sechsten Sachstandsbericht des Weltklimarats ( IPCC -AR6) finden Sie auf der Seite der Deutschen IPCC Koordinierungsstelle. Die Teilberichte des AR6 Der Bericht der Arbeitsgruppe I des Weltklimarates IPCC kommt zu dem klaren Schluss, dass die vom Menschen verursachten (anthropogenen) Treibhausgasemissionen eindeutig die Ursache für die bisherige und die weitere Erwärmung des Klimasystems der Erde sind. Die zahlreichen Folgen der Klimaerwärmung - einschließlich der Extremereignisse – werden immer offensichtlicher und lassen sich direkt dem anthropogenen Treibhauseffekt zuordnen. Die Auswirkungen der globalen Klimaveränderungen sind somit intensiver und häufiger geworden und werden dies auch in den kommenden Jahrzehnten weiterhin tun. Der Anstieg der globalen mittleren Oberflächentemperatur wird im Vergleich zum vorindustriellen Niveau wahrscheinlich Anfang der 2030er Jahre den Wert von 1,5°C erreichen. Mehr zum Thema; der Klimawandel verläuft schneller und folgenschwerer finden Sie hier . Im Fokus des zweiten Teilberichtes stehen die Folgen des Klimawandels sowie die Anpassung an den Klimawandel . Der IPCC warnt: Die Klimarisiken für Ökosysteme und Menschen nehmen weltweit rapide zu. Nur konsequenter Klimaschutz und frühzeitige Klimaanpassung können Risiken verringern. Der Teilbericht beschreibt sehr deutlich die Auswirkungen der Klimakrise. Bereits jetzt sind massive Folgen für Ökosysteme und Menschen in allen Regionen der Welt sichtbar und die weltweiten CO₂ Emissionen steigen weiter. Die Auswirkungen der Klimakrise werden Menschen und Ökosysteme selbst dann noch spürbar belasten, wenn es uns gelingt, entschieden umzusteuern und die Erderhitzung auf 1,5 °C zu begrenzen. Mehr zur Anpassung an den Klimawandel finden sie hier . Die wohl wichtigste Botschaft des dritten Teilberichtes ist, dass es technologisch und ökonomisch nach wie vor möglich wäre, die globale Erwärmung entsprechend des Übereinkommens von Paris auf 1,5°C bis 2100 zu begrenzen. Dafür sind allerdings eine sofortige globale Trendwende sowie tiefgreifende Treibhausgas -Minderungen in allen Weltregionen und allen Sektoren nötig (d.h. in Energiesystemen, Städten, Land- und Forstwirtschaft, Landnutzung , Gebäuden, Verkehr und Industrie). Sofortige Klimaschutzmaßnahmen würden das globale Wirtschaftswachstum nur geringfügig verringern – verglichen mit einer rein hypothetischen Entwicklung, die den Klimawandel gar nicht enthält. Verglichen mit den zu erwartenden Wirtschaftskrisen und Rezessionen bei einer Erwärmung von mehr als 1,8 °C stellen sofortige Klimaschutzmaßnahmen dagegen auch ökonomisch eine äußerst lohnende Investition dar. Erstmalig stand auch das energie- und emissionssparende Verhalten in Unternehmen und im Alltag im Zentrum des Teilberichtes. Weltweit verbesserte Rahmenbedingungen wie politische und regulatorische Instrumente, internationale Zusammenarbeit, Marktinstrumente (z.B. CO₂-Bepreisung), Investitionen, Innovationen, Technologietransfer, Aufbau von Know-How sowie klimafreundliche Lebensstile bieten Möglichkeiten, die notwendigen System-Transformationen im Einklang mit nachhaltiger Entwicklung und globaler Gerechtigkeit zu gestalten. Armutsbekämpfung und eine gesicherte Energieversorgung könnten ohne signifikante Emissionssteigerungen erreicht werden. Die allerwichtigsten Optionen liegen dabei in der Nutzung von Sonnenenergie und Windkraft sowie im Mobilitäts-, Gebäude- und Ernährungs-Sektor (hier vor allem weniger Fleischkonsum), aber auch besonders im Schutz und der Verbesserung der Wirksamkeit von Ökosystemen (vor allem der globalen Wälder und Moore). Hier haben wir für Sie die Kernaussagen des dritten Teilberichts zusammengefasst.
Bodennahes Ozon ist ein phytotoxischer Luftschadstoff dessen troposphärische Hintergrundkonzentration sich im Zuge der Industrialisierung vervielfacht hat und in Zukunft wahrscheinlich weiter ansteigen wird. Ozon wird von Pflanzen über die Stomata aufgenommen, wo es oxidative Stress auslöst und letztendlich die Nettoprimärproduktion verringert. Das schwächt die CO2-Senkenstärke von Forstökosystemen und beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit wichtiger europäischer Baumarten wie Buche und Fichte. Über die im Mapping Manual (CLRTAP 2017) zusammengefassten und vom Umweltbundesamt verwendeten Modelle (DO3SE, FO3REST) lassen sich ozonbedingte jährliche Produktivitätseinbußen über artspezifische Dosis Wirkungs-Funktionen berechnen. Voraussetzung dafür ist eine möglichst realistische Abschätzung der Ozonaufnahme als Funktion der stomatären Leitfähigkeit (als PODY, phytotoxische Ozondosis oberhalb eines Schwellenwerts von Y nmol m-2 s -1). Aufgrund bisher fehlender technischer Möglichkeiten wurden die verwendeten Modelle nicht auf Basis von Messungen der stomatären Ozonaufnahme validiert. Außerdem fehlt für Waldbaumarten, im Gegensatz zu wichtigen Kulturpflanzen, eine Wichtungsfunktion, welche die Interaktion zwischen der kumulierten Ozonaufnahme und der Stomataregulierung abbildet. Zusätzlich existiert bisher keine Möglichkeit, das Ozonrisiko für zukünftige, durch steigende Temperaturen und erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen gekennzeichnete Szenarien zu bewerten. Im vorliegenden Projekt wurden daher sowohl eine Ozon- als auch eine CO2-Wichtungsfunktion (fO3, fCO2) entwickelt und für Buche und Fichte parametrisiert. Dazu wurden aus Naturverjüngung entnommene Buchen und Fichten über drei Vegetationsperioden in den Klimakammern der TUMmesa-Phytotronanlage kultiviert und verschiedenen dynamischen, auf einen Waldstandort im Spessart regionalisierten Klimaszenarien ausgesetzt. Die Szenarien beinhalteten einen Ozongradienten unter gegenwärtigen Klimabedingungen, sowie zwei Zukunftsszenarien für das Ende des 21. Jahrhunderts mit unterschiedlich stark erhöhter Jahresmitteltemperatur und CO2-Konzentration. Die fO3-Funktion verdeutlichte im Modellansatz, dass bei Buche unter gegenwärtigen klimatischen Bedingungen bereits im Laufe des Blattaustriebs eine ozondosisbedingte Beeinträchtigung der stomatären Leitfähigkeit auftreten kann. Im Gegensatz dazu wurde die stomatäre Leitfähigkeit von Fichte nicht durch die Ozondosis beeinträchtigt. Durch Implementierung der fCO2-Funktion konnte gezeigt werden, dass unter steigendem CO2 in den Zukunftsszenarien eine Verringerung der stomatären Leitfähigkeit (insbesondere bei Buche) bei gleichzeitig aufrechterhaltener Produktivität zu erwarten ist. Dadurch werden die stomatäre Ozonaufnahme und somit die zu erwartenden Produktivitätseinbußen gegenüber der Gegenwart - abhängig von Unsicherheiten bei der zukünftigen Entwicklung der troposphärischen Ozonkonzentration - signifikant verringert sein. Über die Neuentwicklung eines Sensors (TransP) zur indirekten, kontinuierlichen in-situ Bestimmung der stomatären Ozonaufnahme konnten die Mapping Manual Modelle für Buche und Fichte validiert und deren Parametrisierung aktualisiert werden. Abschließend wurde ein Satz Transferfunktionen entwickelt, welche ein Abschätzen des PODY auf Grundlage von Xylemsaftflussmessungen an Buchen ermöglicht. Quelle: Forschungsbericht
Saharastaub Es ist nicht ungewöhnlich, dass mit südlicher Luftströmung mehrmals im Jahr Saharastaub bis nach Deutschland transportiert werden kann. Denn: wird der feine Wüstensand aufgewirbelt und in große Höhen verfrachtet, kann er in den höheren Schichten der Troposphäre bis nach Mitteleuropa gelangen. Oftmals werden dann erhöhte Feinstaub-Konzentrationen ( PM10 ) an den hochgelegenen Messstationen wie beispielsweise der UBA -Station auf der Zugspitze registriert. Auch wenn der Staub weiter nach Norden reist, verbleibt er oft in hohen Schichten und beeinträchtigt nur selten großräumig die Luftqualität am Boden. Seine Wirkung zeigt er meist auf andere Weise: durch den feinen Mineralstaub wird das Sonnenlicht direkt gedämpft und an den Sandkörnchen können sich verstärkt hohe Wolken bilden und den Himmel milchig einfärben, manchmal sind auch Sonnenauf- oder -untergänge von intensiven Farben geprägt. Regnet es, fällt er dann als so genannter Blutregen zu Boden. Weitere Informationen unter: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftqualitaet/natuerliche-quellen-von-luftschadstoffen#saharastaub Stündlich aktualisierte Konzentrationen aller deutschen Luftqualitätsmessstationen am Boden finden Sie unter: https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/luftdaten/ und in unserer App https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftqualitaet/app-luftqualitaet .
Background The implementation of emission mitigation policies in Europe over the last two decades has generally improved the air quality, which resulted in lower aerosol particle mass, particle number, and black carbon mass concentration. However, little is known whether the decreasing particle concentrations at a lower-altitude level can be observed in the free troposphere (FT), an important layer of the atmosphere, where aerosol particles have a longer lifetime and may affect climate dynamics. In this study, we used data from two high-Alpine observatories, Zugspitze-Schneefernerhaus (ZSF) and Jungfraujoch (JFJ), to assess the long-term trends on size-resolved particle number concentrations (PNCs) and equivalent black carbon (eBC) mass concentration separated for undisturbed lower FT conditions and under the influence of air from the planetary boundary layer (PBL) from 2009 to 2018. Results The FT and PBL-influenced conditions were segregated for both sites. We found that the FT conditions in cold months were more prevalent than in warm months, while the measured aerosol parameters showed different seasonal patterns for the FT and PBL-influenced conditions. The pollutants in the PBL-influenced condition have a higher chance to be transported to high-altitudes due to the mountainous topography, leading to a higher concentration and more distinct seasonal variation, and vice versa. The long-term trends of the measured aerosol parameters were evaluated and the decreased aerosol concentrations were observed for both FT and PBL-influenced conditions. The observed decreasing trends in eBC concentration in the PBL-influenced condition are well consistent with the reported trends in total BC emission in Germany and Switzerland. The decreased concentrations in the FT condition suggest that the background aerosol concentration in the lower FT over Central Europe has correspondingly decreased. The change of back trajectories in the FT condition at ZSF and JFJ was further evaluated to investigate the other possible drivers for the decreasing trends. Conclusions The background aerosol concentration in the lower FT over Central Europe has significantly decreased during 2009-2018. The implementation of emission mitigation policies is the most decisive factor and the decrease of the regional airmass occurrence over Central Europe also has contributed to the decreasing trends. © 2021, The Author(s)
Abstract
The atmospheric composition is strongly influenced by a change in atmospheric dynamics, which is potentially related to climate change. A prominent example is the doubling of the stratospheric ozone component at the summit station Zugspitze (2962 m a.s.l., Garmisch-Partenkirchen, Germany) between the mid-seventies 15 and 2005, roughly from 11 ppb to 23 ppb (43 %). Systematic efforts for identifying and quantifying this influence have been made since the late 1990s. Meanwhile, routine lidar measurements of ozone and water vapour carried out at Garmisch-Partenkirchen (German Alps) since 2007, combined with in-situ and radiosonde data and trajectory calculations, have revealed that stratospheric intrusion layers are present on 84 % of the yearly measurement days. At Alpine summit stations the frequency of intrusions exhibits a seasonal cycle with a 20 pronounced summer minimum that is reproduced by the lidar measurements. The summer minimum disappears if one looks at the free troposphere as a whole. The mid- and upper-tropospheric intrusion layers seem to be dominated by very long descent on up to hemispheric scale in an altitude range starting at about 4.5 km a.s.l. Without interfering air flows, these layers remain very dry, typically with RH =< 5 % at the centre of the intrusion. Pronounced ozone maxima observed above Garmisch-Partenkirchen have been mostly related to a 25 stratospheric origin rather than to long-range transport from remote boundary layers. Our findings and results for other latitudes seem to support the idea of a rather high contribution of ozone import from the stratosphere to tropospheric ozone. Copyright: Author(s) 2019. CC BY 4.0 License
To assist atmospheric monitoring at high-alpine sites, a statistical approach for distinguishing between the dominant air masses was developed. This approach was based on a principal component analysis using five gas-phase and two meteorological variables. The analysis focused on the site Schneefernerhaus at Mt. Zugspitze, Germany. The investigated year was divided into 2-month periods, for which the analysis was repeated. Using the 33.3 % and 66.6 % percentiles of the first two 5 principal components, nine air mass regimes were defined. These regimes were interpreted with respect to vertical transport and assigned to the air mass classes ML (recent contact with the mixing layer), UFT/SIN (undisturbed free troposphere or stratospheric intrusion), and HYBRID (influences of both the mixing layer and the free troposphere or ambiguous). 78 % of the investigated year were classifiable. ML accounted for 31 % of the cases with similar frequencies in all seasons. UFT/SIN comprised 14 % of the cases but were not found from April to July. HYBRID (55 %) mostly exhibited intermediate charac10 teristics, whereby 17 % of HYBRID suggested an influence of the marine boundary layer or the lower free troposphere. The statistical approach was compared to a mechanistic approach using the ceilometer-based mixing layer height from a nearby valley site and a detection scheme for thermally induced mountain winds. Only 25 % of the cases were classifiable with the mechanistic approach. Both approaches agreed well, except in the rare cases of thermally induced uplift. The statistical approach is a promising step towards a real-time discrimination of air masses. Future work is necessary to assess the uncertainty 15 arising from the standardization of real-time data.Copyright: Author(s) 2019. CC BY 4.0 License
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