Gewitter in den Tropen Ulrich Schumann DLR Oberpfaffenhofen Physik der Atmosphäre
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
Häufigkeit von Blitzen (aus Satellitendaten)
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
eiträge zur Ozonkonzentration in der Atmosphäre Blitze Biomasse Boden Industrie Landverkehr Schiffe Luftverkehr Stratosphäre Photolyse S Eq N SP EQ NP S Eq N
Wie entstehen Gewitter
Hebung von Luft verursacht Wolkenbildung Höhe Druck Temperatur rel.feuchte > 100 % hoch niedrig niedrig hoch, < 10 niedrig hoch hoch niedrig
Temperaturänderung in feuchter Luft bei Hebung eines abgeschlossenen (adiabaten) Luftpakets Höhe Feuchtadiabate, ca. 6 K/km Kondensationsniveau Trockenadiabate, ca. 10 K/km Temperatur
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
Typen von Gewitterzellen
Niederschlag aus Gewitter
Wolkenradar des DLR Frequenz: 5.5027 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
Münchener Hagel, 12 Juli 1984
Höhe, km Klassifikation von Hydrometeoren Entfernung vom Radar, km
Blitz und Donner
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
Wolke-Boden-Blitze
Wolken-Wolken-Blitze
Stickoxide aus Blitzen
Stickoxid (NO) aus Blitzen Plasmaproduktion im heißen Blitzkanal bei 20000 bis 30000 K Ionisation und Dissoziation, Produktion von O und N Atomen Plasmaabkühlung durch Expansion, Vermischung und Strahlung Max. NO-Konzentration bei 3000 K wie viel?
Messungen in Gewittern
98: 2004/5:
ULINOX: Messungen in einer Gewitter-Superzelle Punkte: Blitze, Kurve: Flugweg
NO (ppbv) & Altitude (km) 35 30 25 20 15 10 5 b) Beispiel eines Messergebnisses CO 2 CN Flughöhe Altitude NO 0 310 III 300 64200 64400 64600 64800 UTC (s) Kohlendioxid Kleine Partikel Stickoxid 370 360 350 340 330 320 CO 2 (ppmv) 1e+5 1e+4 1e+3 1e+2 1e+1 CN (particles STP-cm -3 )
Messungen in den Tropen
TROCCINOX 30.1.-15.3.2004, Falcon Flugweg Oberpfaffenhofen Seville Sal Recife Gavião Peixoto Bauru
OCCINOX, Falcon in Brasilien
DLR-Falcon Instrumentierung
Wolkenradar in der Cockpit-Nase der Falcon
lugweg auf dem Radarschirm des Bodenradars IPMET, Ba Radar 152 Reflectivit Lightning (IRAS) 15 1530LT 14 Febr + + Falcon pa (time LT)
Stickoxide bei Messung in tropischen Gewittern TROCCINOX - F140204a 1.2 2.0 12000 NO y mixing ratio [nmol mol -1 ] 1.0 0.8 0.6 0.4 NO mixing ratio [nmol mol -1 ] 1.5 1.0 0.5 NO y NO altitude 10000 8000 6000 4000 pressure altitude [m] 0.2 2000 0.0 0.0 I II III IV 0 64000 65000 66000 67000 68000 UTC [s] 200 km
Bestimmung der global durch Blitze erzeugten Stickoxide aus Gewittern
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 0.27 30 65 4 0.07 5 40 0.03 10 50 120 396 Unsicherheit: Faktor 10000!
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
Bestimmung der globalen LNO x Produktionsrate:. Durch Anpassung von Ergebnissen eines globalen odells an Messungen der Konzentration von NOx Ziel: Unsicherheit. Faktor 2!
odellierte Blitzhäufigkeit im Vergleich zu Satelliten Beobachtungen 9/C Modell OTD Satelliten-Da
tickoxide (NO 2 ) Säulen im Modell und Satell December-January-February June-July-August ECHAM/ CHEM: GOME
Analyse mit DLR-Modell ECHAM5.L41/NUDGE/MECCA, 14.02.2004 Flash Density NOx (NO+NO2) at 200hPa (V. Grewe, C. Kurz et al.)
Vorläufiges ECHAM Ergebnis im Vergleich zu TROCCINOX Messdaten 14.02.2004 NOy (nmol/mol) Messung Model Ergebnis, Vorläufig
Lidar: Gewitteramboss Amboss in 15.5 km Höhe: Falcon fliegt nicht hoch genug (Ehret, Fix, Flentje, Wirth, et al., 2004)
Ausblick
Geophysica M55 bis 20 km Höhe