Ozonvertikalverteilungen und stratosphärische Säulen von NO2, OClO, und BrO aus GOME und SCIAMACHY Nadirsatellitendaten: Optimierung der Datenprodukte und wissenschaftliche Studien zur Chemie und Dynamik der unteren Stratosphäre GOMSTRAT M. Coldewey-Egbers, S. Dhomse, L. Nath Lamsal, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, S. Tellmann, M. Weber (PI), F. Wittrock Universität Bremen, Institut für Umweltphysik AFO2000 Abschlussseminar, Bad Tölz, März 2004

Motivation Verbesserte Satellitendaten über die globale chemische Zusammensetzung der Stratosphäre mit Schwerpunkt GOME ( ) und SCIAMACHY (ab 2002) Globale Langzeitänderung im Zusammenhang mit Klimawandel Jährliche Variabilität Kontinuität und Homogenität der Messreihen Untersuchungen zu dynamischen Beiträgen zur Ozonchemie und Ozontransport (Residualzirkulation) Satellitenbeobachtung Vergleich mit gekoppelten Klima- und Chemie-Transportmodellen

GOMSTRAT Aktivitäten Zusammenfassung: Erstellung globaler Säulendaten von GOME : NO2, BrO, und OClO Verbesserte Ozonsäulen- und profilauswertung Erste Anwendungen mit SCIAMACHY (ab 2002) Aktualisierte Ozonklimatologie ( ) für Inversionsverfahren und First-Guess Anwendungen z.B. in Modellen Untersuchungen zur Wintervariabilität von Ozontransport und –chemie mit Hilfe von Satellitendaten und Modellen (Zusammenarbeit mit KODYACS, DLR-IAP, und DYCHO, AWI-Potsdam)

GOME Nadirozonprofile neu (V6) alt (V5) Verbesserte GOME Auswertung Erweiterung des Spektralbereichs zu kürzeren UV Wellenlängen nach empirischer Rekalibrierung Informationsgehalt erhöht für die obere Stratosphäre zwischen 35 und 50 km Prozessierung der GOME Daten für WMO Assessment GOME V5 GOME V6 SAGE neu (V6) alt (V5) Informationsgehalt Tellmann et al., ASR 2004

Neue Ozonsäulenauswertung Neue Auswertemethode: Gewichtsfunktion-DOAS (WFDOAS) Sehr gute Übereinstimmung von GOME mit Bodenmessgeräten (Brewer/Dobson) Langzeitstabilität Bessere Anpassung an langjährige Messreihen in Vergangenheit und Zukunft (TOMS, SCIAMACHY, OMI, GOME2) Prozessierung der GOME Daten in Vorbereitung für WMO Assessment Anwendung für SCIAMACHY in Vorbereitung WFDOAS (neu) Brewer GOME V3 (alt)

Neue Ozonklimatologie Neue dynamische Ozon- und Temperaturklimatologie mit Kovarianzen SAGE II/POAMII/Sonden Daten von 1990 bis 2000 Parameter: Gesamtozon (dynamischer Proxy) Region (hohe und mittlere Breiten, Tropen, NH und SH) Saison (Winter/Frühjahr und Sommer/Herbst) Untersuchungen zur Ozon- und Tropopause und Temperatur Korrelation Mögliche Anwendungen Initialisierung von CTM und GCMs A-priori constraints in Profilinversion Ozonsäulen- Auswertung (AMF, Strahlungstransfer) Lamsal et al., JGR, 2004, submitted

SH Ozonlochanomalie in 2002: Stratosphärische Säulen von GOME Jährliche Variabiltät der stratosphärischen Säulen ( ) im Vergleich zu dem Polarwinter 2002 mit erstem und bisher einzigem SH Major warming Kontinuität der Nadirsäulenzeitserien mit SCIAMACHY ab 2002 Richter et al., JAS, submitted

Troposphärischer Antrieb des Ozontransports und der -chemie SH Anomalie 2002 Kalte arktische Winter/Frühjahre Aktualisiert von Weber et al. 2003

Wintervariabilität und Langzeittrends Differenz März-September 50°N-90°N Multivariate Regressionsterme: Estimated effective stratospheric chlorine (EESC) oder linearer Trend stratosphärisches Aerosol Winterwärmefluss (heat flux) Prozessoriejtierte Validierung von gekoppelten Klimamodellen und Chemie-Transportmodelllen Zusammenarbeit mit DYCHO (Rex et al.) und KODYACS (Dameris et al.)

GOMSTRAT Publications Coldewey-Egbers, M., M. Weber, M. Buchwitz, and J.P. Burrows, Application of a modified DOAS method for total ozone retrieval from GOME data at high polar latitudes, Adv. Space Res., in press, Coldewey-Egbers et al., Novel total ozone retrieval algorithm for backscatter UV satellite instruments, ACP, Manuscript in preparation, Lamsal, L.N., M. Weber, and J.P. Burrows, Dynamical climatology of ozone and temperature based on ozonesonde and satellite data,, J. Geophys. Res., submitted, Richter, A., F. Wittrock, M. Weber, S. Beirle, J. Hollwedel, S. Küll, U. Platt, T. Wagner, W. Wilms-Grabe, and J.P. Burrows, GOME observations of stratospheric trace gas distributions during the splitting vortex event in the Antarctic winter 2002 Part I: Measurements, J. Atmos. Sci., submitted Sinnhuber, B.-M., M. Weber, A. Amankwah, and J. P. Burrows, Total ozone during the unusual Antarctic winter of 2002, Geophys. Res. Lett., 30, 1850, doi: /2002GL016798, Tellmann, S., V.V. Rozanov, M. Weber, and J.P. Burrows, Improvements in the tropical ozone profile retrieval from GOME UV/vis nadir spectra, Adv. Space Res., in press, von Savigny, C., A. Rozanov, H. Bovensmann, K.-U. Eichmann, S. Noel, V.V. Rozanov, B.-M. Sinnhuber, M. Weber, J.P. Burrows and J. Kaiser, The ozone hole break-up in September 2002 as seen by SCIAMACHY on ENVISAT, J. Atmos. Sci., submitted Weber, M., S. Dhomse, F. Wittrock, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, and J.P. Burrows, Dynamical control of<NH and SH winter/spring total ozone from GOME observations in , Geophys. Res. Lett. 30, 1853, doi: /2002GL016799, Weber, M., S. Dhomse, F. Wittrock, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, and J.P. Burrows, Der Einfluss der Dynamik auf den Ozontransport und die Ozonchemie in hohen Breiten, Ozonbulletin des Deutschen Wetterdienstes, Nr. 93, 25, Juni Weber, M., et al., Validation of GOME total ozone retrieved using weighting function DOAS with ground based and TOMS V8 total ozone, ACP, Manuscript in preparation, 2004.

Perspektiven Verbesserte Algorithmen sind nutzbar für zukünftige Nadirsensoren: OMI (ab 2004), GOME2 auf Metop 1, 2, und 3 (ab 2005, 2010 und 2015) Kontinuität der globalen Messreihen von 1995 bis ~2020 Ergänzung der Nadirsäulendaten mit ENVISAT vertikalaufgelösten Limb/Okkultationsmessungen für detaillierte Untersuchungen atmosphärischer Prozesse von der Troposphäre bis zur Mesosphäre

Neue Ideen: SFB Neuer SFB: Flüsse durch Grenzschichten (Arbeitstitel) Mögliche Partner: MPI-HH Modellierung Hammonia, Maecham (bis 250 km) Ozean-Atmosphären Modell Uni Oldenburg Oberste Meeresschicht/UV Eintrag/atmosphärische Einträge? Solarenergie? Uni Bremen Satellitenfernerkundung vom Boden bis zur Mesosphäre Emissionseinträge Tracerozeanografie/Ozean- Atmsophärenübergang? AWI Bremerhaven UV Strahlung am Boden/Einwirkung auf Biosphäre Universität Rostock Mesosphären-Stratosphären-Kopplung Mesosphäre und Klimarelevanz Universität Osnabrück Solar Proton Einträge/Elektronenschauer Kopplung zu unteren Schichten Erstellung eines Konzeptpapiers Fragestellung Verknüfung der einzelnen Elemente zum Ganzen Zu breit oder weitere thematische Eingrenzung Für Bremen: keine Datenauswertung Nutzung der Daten für Themenstellung

Troposphärisches Ozon von Nadirsensoren Methodik Limb/Nadir-Matching (SCIAMACHY) Stratosphärische Limb-Profile für die Bestimmung des stratosphärischen AMF Berechnung der stratosphärischen schrägen Säulen Abziehen von der schrägen Säule zum Erhalt der troposp.schrägen Säulen Berechnung troposphärischer AMF für die troposphärische Säule Grösste Fehlerquelle sehr wahrscheinlich der letzte Schritt Nadir-only Methodik Referenzmethode Nachteil: kein troposphärischer Hintergrund Hintergrund aus klimatologischen Werten z.B. Sonden Benutzung der klimatologischen Profile für den stratosphärischen AMF, dann Vorgehensweise wie bei Limb/nadir matching, eventuell iterativ vorgehen Detaillierte Fehlerstudie Frage: Wie kann man WFDOAS verwenden? Trennung der WF in stratosphärische und troposphärische Anteile

Ergänzungsantrag für AFO2000 Mit GSF absprechen Reprozessierung der GOME Profile 1 Personenjahr, ca. 60k Motivation: Verfügbarkeit des Datensatzes für WMO Assessment Ziel: Auswertung der Jahre Gridding der Daten für ausgewählte Höhenschichten in ein festes Höhengitter