Gewitter in den Tropen. Ulrich Schumann DLR Oberpfaffenhofen

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1 Gewitter in den Tropen Ulrich Schumann DLR Oberpfaffenhofen Physik der Atmosphäre

2 In den heißen Blitzkanä entstehen Stickoxide (N Bisherige Schätzung (2-20) Tg(N Zunahme von Stickoxiden bewirken: Zunahme von Ozon -> me Treibhausgase Abnahme von Methan -> weniger Treibhausgase

3 Häufigkeit von Blitzen (aus Satellitendaten)

4 träge zur Stickoxidkonzentration in der Atmosphä Blitze Biomasse Boden S Eq N Industrie S Eq N S Eq N Landverkehr Schiffe S Eq N Luftverkehr S Eq N S Eq N Stratosphäre Konzentration S Eq N S Eq N S Eq N

5 eiträge zur Ozonkonzentration in der Atmosphäre Blitze Biomasse Boden Industrie Landverkehr Schiffe Luftverkehr Stratosphäre Photolyse S Eq N SP EQ NP S Eq N

6 Wie entstehen Gewitter

7 Hebung von Luft verursacht Wolkenbildung Höhe Druck Temperatur rel.feuchte > 100 % hoch niedrig niedrig hoch, < 10 niedrig hoch hoch niedrig

8 Temperaturänderung in feuchter Luft bei Hebung eines abgeschlossenen (adiabaten) Luftpakets Höhe Feuchtadiabate, ca. 6 K/km Kondensationsniveau Trockenadiabate, ca. 10 K/km Temperatur

9 Temperaturänderung bei adiabater Hebung Temperatur in der Atmosphäre Höhe Fläche zwischen blauer und grauer Kurve ist Maß für Energie der Wolkendynamik Wolkenluft steigt auf Temperatur

10 Typen von Gewitterzellen

11 Niederschlag aus Gewitter

12 Wolkenradar des DLR Frequenz: GHz Wellenlänge: 5.45 cm (C-band) Sendeleistung: 250 kw Räumliche Auflösung: 300 m x 750 m Zeitliche Auflösung: 40 s pro 360 Reichweite: 300 km Polarisationen: linear, zirkular, elliptis

13 Münchener Hagel, 12 Juli 1984

14 Höhe, km Klassifikation von Hydrometeoren Entfernung vom Radar, km

15 Blitz und Donner

16 Ladungsverteilung in Gewittern ereifende Graupel nd Eispartikel uschen bei ollisionen Ladungen us infolge nterschiedlichen berflächenpotential leine Partikeln chweben mit den ufwinden nach oben, roße fallen herunter, adurch adungstrennung in er Wolke

17 Wolke-Boden-Blitze

18 Wolken-Wolken-Blitze

19 Stickoxide aus Blitzen

20 Stickoxid (NO) aus Blitzen Plasmaproduktion im heißen Blitzkanal bei bis K Ionisation und Dissoziation, Produktion von O und N Atomen Plasmaabkühlung durch Expansion, Vermischung und Strahlung Max. NO-Konzentration bei 3000 K wie viel?

21 Messungen in Gewittern

22 98: 2004/5:

23 ULINOX: Messungen in einer Gewitter-Superzelle Punkte: Blitze, Kurve: Flugweg

24 NO (ppbv) & Altitude (km) b) Beispiel eines Messergebnisses CO 2 CN Flughöhe Altitude NO III UTC (s) Kohlendioxid Kleine Partikel Stickoxid CO 2 (ppmv) 1e+5 1e+4 1e+3 1e+2 1e+1 CN (particles STP-cm -3 )

25 Messungen in den Tropen

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29 TROCCINOX , Falcon Flugweg Oberpfaffenhofen Seville Sal Recife Gavião Peixoto Bauru

30 OCCINOX, Falcon in Brasilien

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32 DLR-Falcon Instrumentierung

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35 Wolkenradar in der Cockpit-Nase der Falcon

36 lugweg auf dem Radarschirm des Bodenradars IPMET, Ba Radar 152 Reflectivit Lightning (IRAS) LT 14 Febr + + Falcon pa (time LT)

37 Stickoxide bei Messung in tropischen Gewittern TROCCINOX - F140204a NO y mixing ratio [nmol mol -1 ] NO mixing ratio [nmol mol -1 ] NO y NO altitude pressure altitude [m] I II III IV UTC [s] 200 km

38 Bestimmung der global durch Blitze erzeugten Stickoxide aus Gewittern

39 Bestimmung der globalen LNO x Produktionsrate: 1. Aus der Häufigkeit von Blitzen Erzeugungsrate Blitz Blitz globale LNO x Länge Frequ. Produktion [x10 22 Moleküle [km] [s -1 ] [Tg(N) a -1 ] NO pro m Blitz] edian Unsicherheit: Faktor 10000!

40 Bestimmung der globalen LNO x Produktionsrate: 2. Aus der Häufigkeit von Gewittern P= [NO ] F S C X C P = globale NO X Produktionsrate Mittel 3 Tg(N) yr -1 Bereich 1-20 Tg(N) yr -1 Unsicherheit. Faktor 20! [NO X ] = mittleres NOx Mischungsverhältnis im Amboss F C = Massenstrom an Luft aus Amboss S = Zahl der im Mittel aktiven Gewitter global (2000 pro Sekunde) C = Konversionsfaktor

41 Bestimmung der globalen LNO x Produktionsrate:. Durch Anpassung von Ergebnissen eines globalen odells an Messungen der Konzentration von NOx Ziel: Unsicherheit. Faktor 2!

42 odellierte Blitzhäufigkeit im Vergleich zu Satelliten Beobachtungen 9/C Modell OTD Satelliten-Da

43 tickoxide (NO 2 ) Säulen im Modell und Satell December-January-February June-July-August ECHAM/ CHEM: GOME

44 Analyse mit DLR-Modell ECHAM5.L41/NUDGE/MECCA, Flash Density NOx (NO+NO2) at 200hPa (V. Grewe, C. Kurz et al.)

45 Vorläufiges ECHAM Ergebnis im Vergleich zu TROCCINOX Messdaten NOy (nmol/mol) Messung Model Ergebnis, Vorläufig

46 Lidar: Gewitteramboss Amboss in 15.5 km Höhe: Falcon fliegt nicht hoch genug (Ehret, Fix, Flentje, Wirth, et al., 2004)

47 Ausblick

48 Geophysica M55 bis 20 km Höhe