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Marius Hauck

• Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der stratosphärischen Meridionalzirkulation mit Hilfe von chemisch aktiven Spurengasen. Diese motiviert sich durch die Tatsache, dass der Klimawandel neben den viel erforschten Auswirkungen auf die Troposphäre, auch Reaktionen in der Stratosphäre zur Folge hat, welche bisher weit weniger tiefgehend untersucht wurden. Das macht die Stratosphäre zu einem aktuellen und frequentierten Forschungsgebiet der experimentellen und theoretischen Meteorologie. Neben vereinzelten hochaufgelösten in-situ Messungen und globalen Satellitendaten sind es hier vor allem globale numerische Klima-Chemiemodelle, die für Analysen genutzt werden. Für diese Arbeit wurden Daten des EMAC-Modells (engl.: ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry) ausgwertet, welche im Rahmen der ESCiMo (engl.: Earth System Chemistry integrated Modelling) Initiative vom MESSy-Konsortium (engl.: Modular Earth Submodel System) erstellt wurden. Die Zielsetzung dieser Arbeit war, ob sich etwaige Änderungen des stratosphärischen Transports anhand von modellierten, chemisch aktiven, idealisierten Spurengasen feststellen lassen. Idealisiert bedeutet hierbei, dass diese Gase ein konstantes Mischungsverhältnis am Erdboden aufweisen und den identischen chemischen Prozessen unterliegen wie die realistischen Tracer. Dies hat zur Folge, dass diese Spurengase somit nicht in das Strahlungsbudget des Modells rückkoppeln und ihre Verteilung nicht durch zeitliche troposphärische Trends beeinflusst wird. Zur Analyse des stratosphärischen Transports wurden die Differenzen der monatlich gemittelten Mischungsverhältnisse zweier Zeitpunkte der verschiedenen Substanzen im Vertikalprofil betrachtet und ausgewertet, wobei hier die photolytische Lebenszeit und die Zeitskala des Transports zu berücksichtigen war. Um die Saisonalität von Transport und Chemie zu berücksichtigen, wurden dazu die Monate März, Juni, September und Dezember analysiert. Die Resultate zeigten, dass chemisch aktive Substanzen in der Tat geeignet sind Änderungen in der Dynamik festzustellen. So stellte sich heraus, dass mit einer allgemeinen Intensivierung der stratosphärischen Meridionalzirkulation im kommenden Jahrhundert gerechnet werden kann, wobei hiervon besonders die untere Stratosphäre betroffen ist. Eine Differenzierung welche Komponente der Zirkulation (Residualtransport oder bidirektionale quasi-horizontale Mischung) hierbei von übergeordneter Bedeutung ist, konnte nicht spezifiziert werden. Um abzuschätzen, ob sich die Änderung der Zirkulation durch Änderungen in den Mischungsverhältnissen von chemisch aktiven Substanzen mit Hilfe von direkten Messungen nachweisen lässt, wurde die atmosphärische Variabilität des Modells bestimmt und mit den Veränderungen dieser Mischungsverhältnisse verglichen. Es zeigte sich, dass diese modellierte atmosphärische Variabilität zum Teil deutlich größer war, als die Differenzen der Mischungsverhältnisse und so ohne eine Vielzahl von in-situ Messungen keine eindeutige Aussage zulassen. Um eine statistisch valide Aussage treffen zu können, müssen daher mehrere Messreihen innerhalb eines Monats durchgeführt werden. Zudem stellte sich heraus, dass der Monat Juni der bestmögliche Messzeitraum ist, da hier die natürliche Variabilität am geringsten ist. Zuletzt wurden die Spurengase mit vergleichsweise kleiner chemischer Lebenszeit auf normierten N2O-Isoplethen untersucht und die Verschiebung dieser Kurve zwischen den zwei Zeitpunkten analysiert. Die so gewonnenen Resultate ließen den Schluss zu, dass sich auf diese Weise die atmosphärische Variabilität reduzieren lässt und bei Nutzung mit experimentellen Daten eine zu den Tracer-Differenzen konsistente Aussage zulässt. So bestärkte diese Methode die These, dass sich der stratosphärische Transport innerhalb des 21. Jahrhunderts wahrscheinlich verstärken wird.