Regionale Modellierung der troposph\u00e4rischen MehrphasenchemieIn der Atmosph\u00e4re finden viele physikalische und chemische Prozesse statt, die alle Umweltkompartimente beeinflussen k\u00f6nnen. Sie sind Teil eines komplexen und gekoppelten Mehrphasensystems. Dabei stehen alle einzelnen Prozesse direkt oder indirekt in Interaktion mit allen anderen. Auf Grund dieser Komplexit\u00e4t ist dieses System noch nicht vollst\u00e4ndig verstanden. Das gilt insbesondere f\u00fcr physikochemische Wolkenprozesse und ihre Auswirkungen auf die atmosph\u00e4rische Dynamik (meteorologische Prozesse wie Wetter- und Klimaentwicklung) und die Erdoberfl\u00e4che (\u00d6kosysteme). Detaillierte Untersuchungen der Teilsysteme und einzelnen Prozesse sind wichtig um das Verst\u00e4ndnis des Systems zu verbessern. In dem hier beschriebenen Promotionsvorhaben werden daher mit 3D Modellstudien die Wechselwirkungen zwischen Wolken, Partikeln und Gasen analysiert. Dabei wird speziell auf die Auswirkungen der Mehrphasenchemie auf Wolken- und Partikeleigenschaften, das Oxidationsbudget, die Akkumulation von Schadstoffen und Partikeln in der Atmosph\u00e4re und am Erdboden sowie deren Produktion und Abbau in der Atmosph\u00e4re fokussiert.Partikel und Spurengase haben zum einen Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt der Erde und zum anderen k\u00f6nnen sie direkt auf Mensch und \u00d6kosysteme einwirken. Die Evolution von Partikeln und Spurengasen in der Atmosph\u00e4re zu verstehen ist demnach unabdingbar f\u00fcr m\u00f6glichst gute Vorhersagen mit Luftqualit\u00e4ts-, Wetter- und Klimamodellen.Zwischen Wolken, Partikeln und Atmosph\u00e4renchemie gibt es eine Vielzahl von Interaktionen, die sich gegenseitig beeinflussen. So bilden sich Wolkentropfen durch Kondensation an Partikeln. Dabei l\u00f6sen sich Partikelbestandteile im Tropfen. Weiterhin k\u00f6nnen Gase in den Tropfen aufgenommen werden und dort, wie auch in der Gasphase, mit anderen Verbindungen reagieren. \u00dcber chemische Reaktionen werden die Zusammensetzung der Partikel und der Luft, sowie die Gr\u00f6\u00dfenverteilung von Partikeln und damit auch der Wolkentropfen ver\u00e4ndert. Diese R\u00fcckkopplungsmechanismen sind nicht einfach \u00fcberschaubar, sodass simple Ursache-Wirkung-Prinzipien oft nicht abgeleitet werden k\u00f6nnen. F\u00fcr eine genaue Absch\u00e4tzung der Effekte einzelner Parameter sind Modellstudien ein wichtiges Werkzeug.Daher werden schrittweise detaillierte chemische und mikrophysikalische Prozesse in das gekoppelte Chemietransportmodell COSMO-MUSCAT integriert werden. Mit Fallstudien bez\u00fcglich mikrophysikalischer Parameter (Aufl\u00f6sung des Partikel- und Tropfenspektrums), und chemischer Mechanismen (komplizierte und simple Fl\u00fcssigphasenchemie) werden die sensitivsten Einflussfaktoren des Modellsystems ermittel. Untersuchungskriterien sind bestimme Schl\u00fcsselverbindungen der Mechanismen wie Oxidanzien (OH, HO2, H2O2, NO3, O3), organische Verbindungen (Ameisens\u00e4ure, Essigs\u00e4ure, Formaldehyd), anorganische (Sulfate, Nitrate) und organische Partikelmasse oder der pH Wert. Daneben soll das neue Modellsystem mit realen Feldmessungen verifiziert werden. Dabei wird gleichzeitig zur Interpretation der Messungen beigetragen.Mit dem hier entwickelten Modell k\u00f6nnen speziell die Interaktionen zwischen Wolken, Partikeln und Atmosph\u00e4renchemie analysiert werden um verschiedene Einflussfaktoren auf das Gesamtsystem abzusch\u00e4tzen. Dabei werden auch Kosten-Nutzen-Absch\u00e4tzungen durchgef\u00fchrt, das hei\u00dft, wie viel Rechenaufwand f\u00fcr eine h\u00f6here Detailstufe ben\u00f6tigt wird und ob das eine wesentliche Ver\u00e4nderung des Ergebnisses mit sich bringt. Damit k\u00f6nnen praktikable Prozessbeschreibungen f\u00fcr die verschiedenen Anwendungsbereiche der regionalen Luftqualit\u00e4ts-, Wetter- und Klimamodellierung abgeleitet werden, um die Vorhersagen zu verbessern.Erste Ergebnisse:Die in MUSCAT implementierte Fl\u00fcssigphasenchemie wurde in einer 2D Sensitivit\u00e4tstudie getestet und die Ergebnisse analysiert. Dabei wurde MUSCAT in einer stand-alone-Version ohne den Antrieb des meteorologischen Modells betrieben. Der Vergleich verschiedener Fl\u00fcssigphasenmechanismen hat \u00dcbereinstimmungen und Unterschiede f\u00fcr verschiedene chemische Subsysteme aufgezeigt. Es konnten deutliche Abweichungen im HOx-Budget oder dem pH-Wert ermittelt werden. Mit INORG werden die Tropfen immer weniger sauer als mit CAPRAM. Bei Verwendung des simplen Mechanismus wird unter anderem auch dadurch weniger S(VI) produziert. Es hat sich gezeigt, dass speziell die Wolkenr\u00e4nder f\u00fcr die Rechenkosten verantwortlich sind, da es dort zu einer St\u00f6rung des L\u00f6sungsgleichgewichts und starken Konzentrationsunterschieden der Fl\u00fcssigphasenverbindungen zwischen wolkenfreien und bew\u00f6lkten Gitterzellen kommt. Genau dieser Umstand f\u00fchrt auch zu numerischen Problemen bei der Kopplung der Fl\u00fcssigphasenchemie mit COSMO, da nun auch dynamische Prozesse (zeitlich und \u00f6rtlich variabler Fl\u00fcssigwassergehalt) die chemischen Gleichgewichte in den Wolkentropfen st\u00f6ren k\u00f6nnen. Dieses Problem kann zum Teil umgangen werden, indem a) Inhomogenit\u00e4t im Fl\u00fcssigwassergehalt vermieden wird und b) die Zeitschritte f\u00fcr die Kopplung zu COSMO und die horizontale Advektion stark verkleinert werden, womit die die Simulation weiterhin sehr rechenintensiv ist. Ein vielversprechender, aber vereinfachender Ansatz geht von Punkt a) aus und f\u00fchrt einen minimalen Fl\u00fcssigwassergehalt ein, der daf\u00fcr sorgt, dass Fl\u00fcssigphasenchemie im gesamten Modellgebiet gerechnet wird. Zur Zeit werden die Ergebnisse dieses neuen Ansatzes analysiert und inhaltlich mit anderen Simualtionen und Messungen verglichen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Regionale Modellierung der troposph\u00e4rischen MehrphasenchemieIn der Atmosph\u00e4re finden viele physikalische und chemische Prozesse statt, die alle Umweltkompartimente beeinflussen k\u00f6nnen. Sie sind Teil eines komplexen und gekoppelten Mehrphasensystems. Dabei stehen alle einzelnen Prozesse direkt oder indirekt in Interaktion mit allen anderen. Auf Grund dieser Komplexit\u00e4t ist dieses System noch nicht vollst\u00e4ndig verstanden. Das gilt insbesondere f\u00fcr […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[2477],"class_list":["post-52836","promotionsstipendium","type-promotionsstipendium","status-publish","hentry","tag-deutschland"],"meta_box":{"dbu_stipendiaten_az":"20009\/058","dbu_stipendiaten_anrede":"","dbu_stipendiaten_nachname":"Schr\u00f6dner","dbu_stipendiaten_vorname":"Roland","dbu_stipendiaten_titel":"Dr.","dbu_stipendiaten_fbeginn":"2010-02-01 00:00:00","dbu_stipendiaten_fende":"2013-01-31 00:00:00","dbu_stipendiaten_e_anschrif":"Universit\u00e4t Leipzig
Fakult\u00e4t f\u00fcr Physik und Geowissenschaften","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. Eberhard Renner","dbu_stipendiaten_email_dienst":"r.schroedner@gmx.de"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52836","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/promotionsstipendium"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52836\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":58848,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52836\/revisions\/58848"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=52836"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=52836"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=52836"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}