Oxidation Mechanism Observations (OMO)

Transkript

1 Oxidation Mechanism Observations (OMO)

2 Key Questions Can we constrain the radical chemistry in air masses influenced by: convective pollution transport (e.g. high NMVOC, NOx)? intercontinental pollution transport (e.g. moderate NMVOC, NOx)? lightning (e.g. low NMVOC, high NOx)? and in the middle troposphere (e.g. low NMVOC, NOx)? What are the controlling HOx sources/sinks as a function of latitude? tude? Can we quantitatively understand the observed NO/NO2, NOx/HNO3 and OH/HO2 ratios? What are the main factors controlling HCHO/CH3CHO, other OVOC and H2O2? Can we quantify photochemical Processing in a quasi-lagrangian experiment? Is there evidence for influences of NMVOC photochemistry on new particle formation and growth? Is there evidence for influences of aerosol pollution on convective transport and lightning NOx production?

3 CIMS HNO3 LIF FZJ & MZ Instrumentation TriStar / HypHOP FAIRO/PTR-MS (FZK) TriStar/HypHOP FAIRO/PTR-MS (FZK) NOy Basis Actinic Flux OH/HO2/RO2 O3/CO/H2O NO/NOy/NO2/PAN VOC/OVOC/HCHO H2O2/org. Peroxides PTR-MS (Mz) Fast GC MIRAH 20a HNO3 CIMS Gase LIF FZ M1 LIF Mitte MPI HOx Laser LIF FZ PERCA Tristar HyPHOP J/ Radianzen & O3 NO/NOy PTR-MS Pumpen Basis Sensoric Equipment Fast GC PAN CIMS Pumpen Rack Mira Kompress or Mira Kanister b PerCEAS J & Radianzen PAN CIMS

4 Zulassung Einzelinstrumente Kosten Zulassung & Durchführung der Mission Aufteilung gemäß Gewichtschlüssel 150,000.00

5 Trajectories boundary layer

6 Trajectories middle troposphere

7 Trajectories upper troposphere

8 Mission Map

9 European Crossection

10 European Crossection Measurement 6-14 km EMAC MATCH-MPIC Measurement EMAC MATCH-MPIC 6-14 km km km H 2 O 2 [ppbv] OH [pptv] km km Latitude [ N] Latitude [ N]

11 Asian Monsoon Plume

12 Asian Monsoon Plume

13 Sahara

14 Sahara Patra, P. K., M. Takigawa, et al. (2009). "Transport mechanisms for synoptic, seasonal and interannual SF6 variations and "age" of air in troposphere." Atmospheric Chemistry and Physics 9(4):

15 Southwest inflow

16 Southwest inflow Ravetta, F. et al. (2007). "Long-range transport and tropospheric ozone variability in the western Mediterranean region during the Intercontinental Transport of Ozone and Precursors (ITOP- 2004) campaign." JGR 112(D10)

17 Diurnal Cycle Flights Diurnal cycle in mid/upper troposphere

18 Convection Flights

19 Standardflugprofil I

20 FACT-HALO: Fast Analysis with Chromatographic Techniques Goals Development of a GC/MS-system with high (3-5 min) time resolution for measuring NMHC (Nonmethane Hydrocarbons) and OVOC (Oxygenated Volatile Organic Compounds) The Instrument will be part of the OMO Mission Uni Wuppertal Software Instrument development scheme within FACT-HALO

21 FACT-HALO Achieved Instrument is built up mounted into a HALO-Rack Certification documents prepared EMC test passed Separation of C4-C8 nonmethane hydrocarbons in 2 Minutes C4C5 Future Developments System validation OMO flight campaign Data Interpretation C6 C7 C8 A follow-up application will be filed Min

22 FACT-HALO Power Unit Electronic Mass Spec GC-Columns Compressor cooling

23 FACT-HALO EMC

24 Measurements of stable Isotope Ratios on HALO Ralf Koppmann Marc Krebsbach Bergische Universität Wuppertal Fachbereich C: Atmosphärenphysik Atmosphärenphysi Measurements of stable Isotope Ratios on HALO SPP Zwischenkolloquium 22/ MIRAH 24

25 Intention Status Zusammenfassung Welche Informationen über VOC gibt es in der Atmosphäre? Mischungsverhältnisse einzelner VOC, deren zeitliche Verläufe, Konzentrationsverhältnisse sowie meteorologische Parameter Isotopenanalyse verschiedene Quellen emittieren VOC mit unterschiedlichen Isotopenverhältnissen: Herkunft der VOC, unterschiedlich schnelle Reaktionen der VOC chemische Prozesse, sind damit unterscheidbar! Änderung der Isotopenverhältnisse Alter der VOC und damit dynamische bzw. Transportprozesse Atmosphärenphysi Measurements of stable Isotope Ratios on HALO SPP Zwischenkolloquium 22/ MIRAH 25

26 Intention Status Zusammenfassung MIRAH im Gepäckraum von HALO Messinstrumente sehr groß u. schwer Sammlung Luftproben Analyse im Labor Instrument: fertig geplant und gebaut erfolgreiche Testintegration in HALO Elektronik / Steuereinheit Pumpeneinschub Kompressoreinheit Zulassung: eingereicht: Oktober 2008(!) bis dato ohne Beanstandung geprüft und freigegeben durch EIs muss noch zur MPL Ausstehende Arbeiten/Tests: Reinheit der Behälter, Pumpen etc. Stabilität der chem. Komponenten Charakterisierung Behältermodule I+II 24 Proben/Flug mit 35 L (STP) Atmosphärenphysi Measurements of stable Isotope Ratios on HALO SPP Zwischenkolloquium 22/ MIRAH 26

27 Intention Status Zusammenfassung Potenzial von MIRAH soll bei verschiedenen HALO-Missionen eingesetzt werden, die Luftmassencharateristik und Photochemie untersuchen oder in denen Isotope in VOC wertvolle Zusatzinformationen liefern, zur Interpretation begleitender atmosphärischer Messungen und anderer Forschungsthemen Anträge werden gestellt für die Teilnahme an OMO, TACTS, ChArMEX Atmosphärenphysi Measurements of stable Isotope Ratios on HALO SPP Zwischenkolloquium 22/ MIRAH 27

28 Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) Observations from HALO (DFG PF-384 7/1) K. Pfeilsticker, U. Platt, and T. Wagner(*) IUP-Heidelberg University of Heidelberg (*) now with MPI for Chemistry, Mainz Mini-DOAS instrument status for missions: OMO, TACTS, POLSTRACC, CIRRUS, ACRIDICON, HALO-EO, NARVAL, (*) second instrument within SPP-1294: Imaging DOAS

29 Mini-DOAS instrument: Technical features 1. Total weight: 47 kg, excl. water 40 kg 2. Dimensions: (mini rack) 43x43x49 cm, (aperture pl.) 10x7 = 25x18 cm 3. Power: 100 W, 28 VDC 4. Parts: 6 optical spectrometers (2x UV/vis/near-IR in nadir direction and limb scanning) immersed in a pressurized spectrom. housing, ice/water tank for T-control Electronics (PC, T-controller, motor controllers, spectrometer readout electronics) Aperture plate: (1) limb obs. webcam, (2) motors for limb scanning and (3) 6 telescopes 5. Measurement principle: scattered sunlight DOAS combined with RT modelling 6. Detectable species: (1) BrO, ClO OClO, IO, O 3, HCHO, HONO, SO 2 in the UV; (2) I 2, IO, OIO, OBrO, NO 2, O 3, O 4, C 2 H 2 O 2 in the visible; (3) H 2 O (g, l, s), O 4, (CO 2, CH 4 ) in the near-ir Components of the mini-doas instrument 1YMID spectrometer unit 2-4YMID electronics unit 5-15YMID aperture plate 16YMID mini rack 49 cm

30 Mini-DOAS instrument (Oct. 2009) webcam spectrom. unit with insulation and water tank limb telescopes electronics box 2

31 Status of the mini-doas instrument (Oct. 2009) 1. All mechanical parts are manufactured and close to be assembled 2. Electronics is tested and just being finally assembled 3. Mechanical fitting test of the instrument to the aircraft (Pos 21) is okayed! 4. Major delays is/was with the delivery of the 6 optical spectrometers (from OMT/Ulm), but they should arrive during KW 43 (now!) 5. Software needs to be adapted and finalized 6. Certification documents with OPTIMARE drawings of electrical part and wiring are ready 3D mechanical drawings are a work in progress Certification documents are just being prepared 7. Tbd Tesile/mechanical test EMC test Test and characterization of the instrument in the laboratory Verlängerung des Antrages zur Teilnahme an den Missionen OMO, TACTS, POLSTRACC, CIRRUS, ACRIDICON, HALO-EO, NARVAL,.. Ist vorgesehen!

32 First Mini-DOAS instrument spectra

33 DFG-Projekt BU 688/16-1: REVOLVER Peroxy Radical measurement based on Optical Feedback CaVity Enhanced AbsOrption Spectroscopy and ChemicaL ConVERsion and Amplification and NO 2 measurement based on a OF-CEAS system Antragsteller: Prof. John P. Burrows Institut für Umweltphysik, Universität Bremen (IUP-UB) Zielsetzung: Messungen von Peroxyradikalen zur Bestimmung der oxidativen Kapazität der oberen Troposphäre / unteren Stratosphäre in der HALO/OMO Mission Hauptaufgabe: Höhere Selektivität und Sensitivität eines PerCEAS-Gerätes durch: optischen NO 2 Detektor (basierend auf OF-CEA Spektroskopie) neues Einlasssystem (effektivere und selektivere Umwandlung der Peroxyradikale zu NO 2 ) Finanzierung: Nov Nov DFG-Nachtragsantrag zur Unterstützung bei Zulassung und Zertifizierungskosten lola@iup.physik.uni-bremen.de SPP-Zwischenkolloquium Frankfurt,

34 Stand NO 2 -Detektor und Messrack OF-CEA Spektroskopie: Nutzung von optischem Feedback und hochempfindlichem Resonator 19 Einschub, 4HE, Gewicht ca. 21kg Messvolumen 0,8l; Austauschzeit ~5s (100mbar; 1std.l.) Empfindlichkeit ( cm -1 / Hz) wird optimiert durch: mechanischen Aufbau (höhere Vibrationsstabilität) angepasste Resonatorspiegel (höhere Reflektivität) PerCEAS HALO Rack Zulassungsdokumente erstellt Sicherheitsanalyse und EMV-Test erfolgt Wenige offene Punkte der Mechanik und Elektrik werden momentan diskutier. Einbautest August 2009 erfolgreich (Schnittstellen zur HALO bzgl. Mechanik, Gasleitungen und Elektroleitungen mit dem DLR geklärt) Zulassung der gemeinsamen Racks für Vakuumpumpen und Gassicherheitsbehälter ist noch offen. lola@iup.physik.uni-bremen.de SPP-Zwischenkolloquium Frankfurt,

35 Stand des PerCEAS Einlassystems Vogelschlag Anpassung eines HALO-Standardeinlasses für PerCEAS dadurch Begrenzung auf nur zwei Reaktoren Herstellung des Pylonen und gesamte Einlasszulassung: Fa. Enviscope nutzbar für Einzel- und Doppelfenster erfolgreicher Einbautest August 2009 Vogelschlag-Modellrechnungen noch offen Die Druckabhängigkeit der Umwandlungseffizienz des Doppelreaktors wird im IUP-UB Labor charakterisiert. * Teilnahme an der OMO Mission Ausblick: * Radikalspeziation durch 2 Doppeleinlässe und 3 Detektoren * Einsatz des Detektors zur hochempfindlichen Messung anderer Spurengase atmosphärischer Relevanz bei weiteren HALO-Missionen (zb.,glyoxal, NO 2 ) lola@iup.physik.uni-bremen.de SPP-Zwischenkolloquium Frankfurt,

36 DFG-Projekt BU 688/16-1: REVOLVER Peroxy Radical measurement based on Optical Feedback CaVity Enhanced AbsOrption Spectroscopy and ChemicaL ConVERsion and Amplification and NO 2 measurement based on a OF-CEAS system Relevante Veröffentlichungen als Vorarbeiten für REVOLVER (HALO//OMO) Andrés- Hernández, M.D., Kartal, D., Reichert, L., and Burrows, J.P., Meyer Arnek, J., Lichtenstern, M., Stock, P., Schlager, H.: Peroxy radical observations over West Africa AMMA 2006: Photochemical activity in the outflow of convective systems, ACP, 9, , Kartal, D., Andrés- Hernández, M.D., Reichert, L., Schlager H., and Burrows, J.P.: Technical Note: Characterisation of a DUALER instrument for the airborne measurement of peroxy radicals during AMMA 2006, ACPD, 9, 1-43, lola@iup.physik.uni-bremen.de SPP-Zwischenkolloquium Frankfurt,