Messung des Aerosoltransports am Alpennordrand mittels Laserradar (Lidar)

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2006-03-06
Issue Year
2006
Authors
Kreipl, Stephan
Editor
Abstract

Atmospheric transport processes at the northern rim of the Alps were examined by means of lidar. The experimental setup was improved and, by using it, a number of different transport processes could be detected and analysed. The algorithms used for data evaluation proved to be valid in both pan-European comparisons using synthetic data and by evalution of real data measured during instrument intercomparisons. The conversion into a high spectral resolution lidar could not be implemented, due to financial reasons. Nevertheless, basic conclusions were made that will facilitate the project´s future realisation. Based on earlier measurement campaigns in the whole Alpine area, new findings could be made concerning the vertical transport within the alpine wind system. The formation of a separate aerosol layer at a height of about 3 km over the valley could be observed. This layer´s formation is highly dependant on the large-scale synoptic wind conditions. The high efficiency of aerosol´s orographic vertical transport was observable throughout. Further studies on the advection of Saharan dust to Garmisch-Partenkirchen revealed a new routing: Mineral dust from arid northern Africa is blown in a northward direction and approaches the Garmisch area via the British Isles and southern Scandinavia. Quite a few noticeable aerosol signatures could be ascribed to long-distance atmospheric transport by means of backward trajectories and satellite data. Special accentuation was laid on large-scale forest fires in Northern America. Evaluation of the Garmisch lidar data for the years 1998 until 2002 showed a significant annual variation in boundary layer height. During months with increased solar radiation, the convection lifts the aerosol to greater heights. As well as this, optical depths at Garmisch-Partenkirchen are generally lower than the ones at urban measurement sites. It can be seen that visual ranges have been increasing for 15 years. To a large extent, this is ascribed to the improved prevention of air pollution in Europe after the political realignments in the early 1990s. Moreover, days associated with observable haze frequently showed presence of advected Saharan dust.

Abstract

Mittels Lidar wurden atmosphärische Transportprozesse am Alpennordrand untersucht. Hierzu wurde das Messsystem verbessert und mit ihm eine ganze Reihe verschiedener Transportprozesse nachgewiesen. Die verwendeten Auswertealgorithmen stellten ihre Tauglichkeit sowohl in einem paneuropäischen Vergleich mit synthetischen Daten als auch im Rahmen eines Instrumentenvergleichs mit realen Daten unter Beweis. Die Umrüstung in ein spektral hochauflösendes Lidar konnte aus finanziellen Gründen nicht durchgeführt werden. Dennoch wurden grundlegende Überlegungen angestellt, die eine spätere Realisierung erleichtern sollen. Basierend auf früheren Messungen im gesamten Alpenraum konnten neue Erkenntnisse zum Vertikaltransport im alpinen Windsystem gewonnen werden. So wurde die Ausbildung einer separaten Aerosolschicht in etwa 3 km Höhe über dem Tal beobachtet. Ihre Entstehung hängt stark vom synoptischen Wind ab. Dabei zeigte sich immer die hohe Effizienz des orographischen Aerosoltransports. Weitere Untersuchungen zur Advektion von Saharastaub nach Garmisch-Partenkirchen zeigten einen neuen Transportweg: Mineralstaub aus Nordafrika wird nordwärts verfrachtet und erreicht den Garmischer Raum über die Britischen Inseln und Südskandinavien. Eine ganze Reihe ausgeprägter Aerosolsignaturen konnte durch Rückwärtstrajektorien und Satellitenbildern langreichweitigem atmosphärischen Transport zugeordnet werden. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf großflächige Waldbrände in Nordamerika gelegt. Die Auswertung der Garmischer Lidardaten aus den Jahren 1998 bis 2002 zeigt einen ausgeprägten Jahresgang der Grenzschichthöhe. In Monaten mit stärkerer Sonneneinstrahlung hebt die Konvektion das Aerosol in größere Höhen. Generell sind die Optischen Dicken in Garmisch-Partenkirchen niedriger als die an urbanen Messorten. Seit 15 Jahren steigen die Sichtweiten an, was verbesserter Luftreinhaltung in Europa im Zuge des politischen Umbruchs am Anfang der 1990er Jahre zugeschrieben wird. Darüber hinaus wiesen Tage mit deutlicher Lufttrübung oftmals auf das Vorhandensein von Saharastaub hin.

DOI
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