Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Ole Kirner Institut für Meteorologie und Klimaforschung Vorlesung: Mittlere und hohe Atmosphäre 16.06.2009 16.06.2009 Website: Website:

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Ole Kirner Institut für Meteorologie und Klimaforschung Vorlesung: Mittlere und hohe Atmosphäre 16.06.2009 16.06.2009 Website: Website:"—  Präsentation transkript:

1 Ole Kirner Institut für Meteorologie und Klimaforschung Vorlesung: Mittlere und hohe Atmosphäre Website: Website: Ozonchemie im Chemie-Klima-Modell ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry (EMAC)

2 Modellbeschreibung

3 ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry (EMAC)

4

5 Submodels: RAD4ALL – Strahlungsmodul RAD4ALL – Strahlungsmodul JVAL_GP – Online Photolysemodul (Photolyseraten für über 50 Substanzen) JVAL_GP – Online Photolysemodul (Photolyseraten für über 50 Substanzen) MECCA - Gasphasenchemie. Flexibles Chemieschema Standard-Chemie beinhaltet 104 Gasphasen-Substanzen und 245 Reaktionen. MECCA - Gasphasenchemie. Flexibles Chemieschema Standard-Chemie beinhaltet 104 Gasphasen-Substanzen und 245 Reaktionen. HETCHEM – Kalkulation von heterogene Reaktionsraten an NAT-, Eisteilchen und unterkühlten Schwefelsäure- aerosolen (STS) HETCHEM – Kalkulation von heterogene Reaktionsraten an NAT-, Eisteilchen und unterkühlten Schwefelsäure- aerosolen (STS) PSC – Parameterisierung Polare Stratosphärenwolke PSC – Parameterisierung Polare Stratosphärenwolke CLOUD – Wolkenparametrisierung, Wolkenbedeckung, Wolken-Mikrophysik, Regen-/Scheeniederschlag CLOUD – Wolkenparametrisierung, Wolkenbedeckung, Wolken-Mikrophysik, Regen-/Scheeniederschlag OFFLEM – Emissionen als Randbedingungen OFFLEM – Emissionen als Randbedingungen Convection – Konvektion im Model Convection – Konvektion im Model ATTILA – Lagrangsche Transportschemata ATTILA – Lagrangsche Transportschemata

6 Ozonchemie in der mittleren Atmosphäre

7 Mischungsverhältnis (in ppmv) Ozonsäule in DU (1 DU=0.01 mm Höhe der Ozonsäule bei 0°C und 1atm Luftdruck) Partialdruck (in hPa) Ozoneinheiten

8

9 Ozonsäule-Messung

10 Ozonsäule- Modell

11 Ozonsäule-Messung 2001

12 Ozonsäule-Modell 2001

13 1.1 Chapman-Zyklus (1930) M ist dabei Stosspartner (Impuls- und Energiegleichgewicht). Absorptionsbande für Sauerstoff in Stratosphäre: nm Herzberg-Kontinuum Absorptionsbanden für Ozon in Stratosphäre nm Hartley-Bande nm Huggins-Bande nm Chapuis-Bande

14 80km50km 15km 0km 0km 80km50km 15km 80km50km 15km 80km50km 15km log(O(1D) [ppbv]) O 3 [ppbv] O 3 [ppbv] log(O(1D) [ppbv])

15 1.2 Katalytischer Reaktionskreislauf X kann ist dabei Hydroxyl- (OH), Chlor- (Cl) oder Bromradikal (Br). Die katalytischen Reaktionskreisläufe finden nur bei Tageslicht statt.

16 1.3 Ozonabbaureaktionen mit aktivem Stickstoff Ozonzerstörung vor allem im Bereich von 30-50km: Durch Photolyse von Stickstoffdioxid auch Ozonaufbau möglich:

17 80km50km 15km 0km 0km 80km50km 15km 80km50km 15km 80km50km 15km N 2 O [ppbv] HNO 3 [ppbv] NO y [ppbv] NO x [ppbv]

18 1.4 Ozonabbaureaktionen mit Wasserstoffradikalen Ozonzerstörung vor allem im Bereich > 40km und 40km und < 20km: Bei hohen Mischungsverhältnissen von NOx -> Nullzyklus: Oberhalb von 40 km auch alternativ zu 1.17 bis 1.19:

19 80km50km 15km 0km 0km80km50km 15km H 2 O [ppmv] log(HO x [ppbv])

20 1.5 Ozonabbaureaktionen mit aktiven Chlor und Brom Abbau von FCKW-11 Abbau von FCKW-12 Abbau von Halon-1301

21 Ozon-abbau

22 72km50km 15km 32km72km50km 15km 32km 42km15km 30km 42km15km 30km

23 72km50km 15km 32km72km50km 15km 32km 42km15km 30km 42km15km 30km

24 1.6 Neutralisierung ozonzerstörende Radikale

25 Polare Stratosphärenwolken (PSCs) Typ 1a: Salpetersäure-Trihydrat (HNO 3 (H 2 O) 3 (s)) (Nitric Acid Trihydrat NAT) (Nitric Acid Trihydrat NAT) Typ 1b: Unterkühlte ternäre Lösung (H 2 O(l), H 2 SO 4 (l), HNO 3 (l)) (Supercooled Ternary Solution STS) Typ 2:Eisteilchen (H 2 O(s)) ( Ice) Höhe: km Partikel-Radius:1-15 μm (NAT), 1 μm (STS), 5 μm (Ice) Sedimentation:bis zu 3.0 km/Tag

26 Bildung von flüssigen STS-Teilchen

27 Bildung von festen NAT-Teilchen Homogene Nukleation Bildung von NAD aus STS bei Temperaturen 2-3 K unter T NAT. Umwandlung des metastabilen NAD zu NAT Heterogene Nukleation Bildung von NAT auf Eispartikeln, (T ICE =188K) welche als Konden- sationskeime dienen T NAT in ca. 20km

28 50km32km 15km 9km 9km 50km32km 15km 50km32km 15km 50km32km 15km

29 1.7 Heterogene chemische Reaktionen Polarer Winter Polarer Frühling

30 50km32km 15km 9km 9km 50km32km 15km 50km32km 15km 50km32km 15km Denitrifizierung Deydratation

31 50km 32km 15km72km32km 15km 0km 50km

32 Langzeitsimulation von mit ECHAM5/MESSy1

33 ECHAM5/MESSy1-Langzeitsimulation inkl. neuer NAT-Parametrisierung Räumliche Auflösung:T31L39 Zeitliche Auflösung: 15 Minuten Simulationsbeginn: Simulationsende: Chemische Initialisierung: KASIMA-PEP8 Meteorologische Initialisierung: ECMWF Nudging: ungenudgte Simulation Chemie: stratosphärische Chemie Submodels: CLOUD, CONVECT, CVTRANS, DRYDEP, H2O, HETCHEM, JVAL, LNOx, MECCA, OFFLEM, PSC, PTRAC, RAD4ALL, SCAV, SEDI, TNUDGE, TROPOP

34 Langzeitsimulation 1978 bis 2050 entsprechend Simulation REF 2 WMO 2006 Randbedingungen chemischer Tracer: IPCC-A1B-Szenario [IPCC, 2001]: CO 2, N 2 O, CH 4 IPCC-A1B-Szenario [IPCC, 2001]: CO 2, N 2 O, CH 4 WMO-Szenario Ab [WMO, 2007]: FCKW-11, FCKW-12* (incl. 1,5*FCKW-113 und 0,5*H-FCKW-22), CCl 4, CH 3 CCl 3, CH 3 Cl, Halon-1301, Halon-1211,CH 3 Br WMO-Szenario Ab [WMO, 2007]: FCKW-11, FCKW-12* (incl. 1,5*FCKW-113 und 0,5*H-FCKW-22), CCl 4, CH 3 CCl 3, CH 3 Cl, Halon-1301, Halon-1211,CH 3 Br Aerosole: H 2 SO 4, konstant entsprechend 1999, abgeleitet aus SAGE Solare Variabilität:konstanter mittlerer solarer Fluss QBO: keine Zusätzliches Br y : nein Randbedingungen SST: HADGEM-Simulation des Hadley Centre, basierend auf IPCC-A1B

35 Die Randbedingungen der Langzeitsimulation

36 Zukünftige Entwicklung der Treibhausgase nach IPCC IPCC [2001]

37 100 hPa 10 hPa 1 hPa 0.1 hPa 100 hPa 10 hPa 1 hPa 0.1 hPa

38 100 hPa 10 hPa 1 hPa 0.1 hPa

39 aus WMO [2007]

40 100 hPa 10 hPa 1 hPa 0.1 hPa 100 hPa 10 hPa 1 hPa 0.1 hPa

41 Temperaturverteilungen und deren langfristige Änderung von 1980 bis 2050

42

43

44 100 hPa 10 hPa 1 hPa 0.1 hPa 0.01 hPa 1000 hPa

45

46

47

48 Simulierte Ozonsäulen von 1980 bis 2060 und Vergleich mit WMO- Simulationen

49

50 aus WMO [2007]

51 EMAC EMAC EMAC

52 Minimale Ozonsäulen an der Arktis und Antarktis

53 aus WMO [2007]

54 EMAC

55

56 ECHAM5/MESSy1

57 Ole Kirner Institut für Meteorologie und Klimaforschung Vorlesung: Mittlere und hohe Atmosphäre Website: Website: Ozonchemie im Chemie-Klima-Modell ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry (EMAC)


Herunterladen ppt "Ole Kirner Institut für Meteorologie und Klimaforschung Vorlesung: Mittlere und hohe Atmosphäre 16.06.2009 16.06.2009 Website: Website:"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen