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In der hier vorliegenden Arbeit wurde der troposphärische Kreislauf von Carbonylsulfid (COS) untersucht. COS ist ein Quellgas des stratosphärischen Sulfat­Aerosols, das die Strahlungsbilanz beeinflussen und den chemischen Abbau des stratosphärischen Ozons beschleunigen kann. Trotz zahlreicher Studien sind die Quellen und Senken des atmosphärischen COS bisher nur unzulänglich quantifiziert. Insbesondere bestehen große Unsicherheiten in den Abschätzungen der Beiträge des Ozeans und der anthropogenen Quellen, sowie der Senkenstärke der Landvegetation. Schiffs­ und flugzeuggetragene Messungen des atmosphärischen COS ergaben kein einheitliches interhemisphärisches Verhältnis (IHR=MNH /M SH ). Während die Messungen von Bingemer et al. (1990), Staubes­Diederich (1992) und Johnson et al. (1993) ein IHR zwischen 1.10 und 1.25 zeigten, fanden die Messungen von Torres et al. (1980), Staubes­Diederich (1992), Weiss et al. (1995) und Thornton et al. (1996) keinen oder nur einen geringfügigen N/S­Gradienten. Die Untersuchung von Chin und Davis (1993) zeigt ein N/S­Verhältnis der COS­ Quellstärke von 2.3, das hauptsächlich auf die stärkeren anthropogenen Quellen auf der Nordhalbkugel zurückzuführen ist. Es ist unklar, ob der zeitweilige Konzentrationsüberschuß der Nordhemisphäre Zeichen anthropogener Quellen dort oder Teil eines durch die Senkenfunktion der Landpflanzen verursachten saisonalen Signals ist. Die Konsistenz der Breitenverteilung des COS­Mischungsverhältnisses mit den geographischen bzw. saisonalen Variationen der COS­Quellen und ­Senken muß überprüft werden. Dazu werden genaue Kenntnissen der Quell­ und Senkenstärken des atmosphärischen COS und ihrer raumzeitlichen Variabilität benötigt. Vor dem obigen Hintergrund ergeben sich als Schwerpunkte dieser Arbeit: (1) der Austausch von COS zwischen Atmosphäre und Ozean sowie (2) zwischen Atmosphäre und terrestrischer Vegetation und (3) die raumzeitliche Variabilität des atmosphärischen COS. Zur Untersuchung des Austausches von COS zwischen Atmosphäre und Ozean wurde das Konzentrations­Ungleichgewicht von COS zwischen Ozean und Atmosphäre durch Messungen des COS im Seewasser und in der Meeresluft ermittelt und die resultierenden Austauschflüsse mit einem Modell berechnet. Die Messungen fanden an Bord des Forschungsschiffs Polarstern während der Fahrten ANT/XV­1 (15.10.­6.11.1997, Bremerhaven­Kapstadt) und ANT /XV­5 (26.5.­6.20.1998, Kapstadt­Bremerhaven) statt. Die Konzentration des gelösten COS und das Sättigungsverhältnis von COS zwischen Ozean und Atmosphäre zeigen ausgeprägte Tagesgänge und saisonale und geographische Variationen. Die mittlere Konzentration von COS im Seewasser beträgt 14.7 pmol L -1 für die Herbst­Fahrt bzw. 18.1 pmol L -1 für die Sommer­Fahrt. Höchste COS­Konzentrationen werden in der jeweiligen Sommer­Hemisphäre und in Gebieten mit hoher biologischer Produktivität beobachtet, d.h. im Benguela­Strom im November, im Nordost­Atlantik im Juni und in den Auftriebgebieten vor Westafrika im Oktober bzw. Juni. In den übrigen Gebieten sind die Konzentrationen um eine Größenordnung niedriger. Die Konzentration von COS im Seewasser steigt frühmorgens von ihrem tiefsten Stand an. Um ca. 15 Uhr Ortszeit erreicht sie ihr Maximum, danach nimmt sie ab. Der Tagesgang unterstützt die Theorie, daß COS im Seewasser photochemisch produziert wird. Während der Tagesstunden wird eine Übersättigung des offenen Ozean für COS gefunden. Dagegen ist eine Untersättigung des Ozeans in den späten Nachtstunden zu beobachten. Der Ozean wirkt in den Tagesstunden als COS­Quelle, in der späten Nacht als COS­Senke. Die Untersättigung tritt sogar im Sommer in produktiven Meeresgebieten regelmäßig auf. Eine Konsequenz dieser Beobachtung ist die weitere Reduzierung der ozeanischen Quelle von COS gegenüber bisher publizierten Abschätzungen. Methylmercaptan (CH 3 SH) ist in allen Seewasserproben zu beobachten. Der Tagesmittelwert der CH 3 SH­Konzentration variiert zwischen 29 und 303 pm L -1 und ist 3­16 fach größer als der der COS­Konzentration. Der Tagesgang der CH 3 SH­Konzentration zeigt ein Minimum um die Mittagszeit. Die Tagesmittel der CH 3 SH­ und COS­Konzentrationen sind signifikant miteinander korreliert. Diese Daten liefern den Beweis dafür, daß CH 3 SH eine der wichtigen Vorgängersubstanzen von COS ist. Die Regressionslinie der Korrelation zwischen den mittleren COS­ und CH 3 SH­Konzentrationen weist nur einen geringfügigen Achsenabschnitt auf. Somit kann die CH 3 SH­Konzentration als ein Indikator der Konzentration von COS­Vorgängern benutzt werden. Es besteht außerdem eine Korrelation zwischen der CH 3 SH­Konzentration und dem Logarithmus der Konzentration des gelösten Chlorophyll a. Diese Korrelation deutet darauf hin, daß der Gehalt von CH 3 SH im Seewasser eine enge Beziehung zur marinen Primärproduktion hat. COS wird im Seewasser durch Hydrolyse abgebaut. Die Abbaurate hängt von der Temperatur des Seewassers ab. Je wärmer das Seewasser ist, desto schneller wird COS abgebaut, und um so kürzer ist die Lebenszeit von COS im Seewasser. Die Lebenszeit kann einerseits durch das Reaktionsgeschwindigkeits­Gesetz von Arrhenius berechnet werden, andererseits läßt sie sich durch exponentielle Anpassung an den nächtlichen Konzentrationsverlauf (d.h. bei Abwesenheit von Photoproduktion) abschätzen. Eine solche Anpassung des exponentiellen Abklingens wurde anhand von dicht gestaffelten Messungen während einiger Nächte vorgenommen. Die gefitteten Lebenszeiten stimmen mit den theoretischen Werten gut überein, obwohl die gefittete Lebenszeit neben Hydrolyse noch von anderen Prozessen (z.B. Transport nach unten, Air­Sea­Austausch, usw.) beeinflußt wird. Diese gute Übereinstimmung unterstützt die Aussage, daß die Hydrolyse eine bedeutende Rolle beim Abbau von COS im Seewasser spielt. Die berechnete Hydrolyse­Lebenszeit ist mit dem Tagesmittel der COS­Konzentration korreliert. Da die Tagesmittelwerte sowohl zeitliche wie auch räumliche Mittelwerte der COS­Konzentrationen darstellen, zeigt diese Korrelation, daß Hydrolyse eine bedeutende Rolle in der raumzeitlichen Variabilität der COS­Konzentration einnimmt. Da die Konzentration des gelösten COS von mehreren Faktoren abhängig ist, scheint eine multivariable Betrachtung sinnvoll. Hierfür wurde eine "Multiple Linear Regression Analysis'' (MLRA) ausgeführt. Diese Analyse ergibt ein empirisches Modell der folgenden Form für die Berechnung des Tagesmittels der COS­Konzentration: [COS] = 1.8# 13log[Chl] - 1.5W s 0.057G - 0.73, mit [COS] = mittlere Konzentration von COS in pmol L -1 # = Hydrolyse­Lebenszeit in Stunde [Chl] = mittlere Konzentration von Chlorophyll a in mg m -3 W s = Windgeschwindigkeit in m s -1 G = Intensität der Globalstrahlung in W m -2 . Die Parameter auf der rechten Seite der Gleichung können direkt oder indirekt von Satelliten aus gemessen werden, deshalb kann dieses Modell für die Abschätzung der Konzentration von COS im Seewasser anhand von Satelliten­ Daten verwendet werden. Das empirische Modell soll noch durch weitere Messungen bestätigt bzw. verbessert werden. Der Austauschfluß von COS zwischen der Atmosphäre und dem offenen Ozean wurde mit dem Air­Sea­Fluß­Modell von Liss and Slater (1974) zusammen mit dem Modell von Erickson (1993) f

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zum besseren Verständnis des stratosphärischen Transports. Dieser ist ein wichtiger Parameter im komplexen gekoppelten System der Stratosphäre, das neben dem Transport vor allem von Chemie und Strahlungshaushalt geprägt wird. Neben verschiedenen Modelliertechniken bietet die Messung langlebiger Spurengase das effektivste Werkzeug für Untersuchungen von stratosphärischen Transportprozessen. Daher wurde am Institut für Meteorologie und Geophysik an der Universität Frankfurt ein Instrument zur in-situ-Messung von Spurengasen entwickelt, das sowohl an Stratosphärenballonen als auch auf dem russischen Höhenforschungsflugzeug M-55 "Geophysica" Echtzeitmessungen von Spurengasmischungsverhältnissen durchführen kann. Der "High Altitude Gas Analy- ser" (HAGAR) ist in der Lage, mit einem Zwei-Kanal-Gaschromatographen die Mischungsverhältnisse von N 2 O, F12, F11 und Halon-1211 mit einer Zeitauflösung von 90 s und das von SF 6 alle 45 s zu bestimmen. Ein an die speziellen Gegebenheiten von Stratosphärenmessungen angepasster CO 2 -Sensor der Firma LI-COR erreicht eine Zeitauflösung von ca. 10 s. Im Rahmen dieser Arbeit wurden entscheidende Beiträge zur Entwicklung von HAGAR geleistet. Für die Steuerung des Instruments auf Basis eines Industrie-PCs wurde ein umfangreiches Softwarepaket entwickelt, das die zuverlässige vollautomatische Steuerung des Instruments, sowie eine komfortable Konfigurationsmöglichkeit bietet. Nach einem ersten Ballontestflug am 13.5.1998 wurde das Instrument vollständig neu aufgebaut, um einen Sensor zur Messung von CO 2 zu integrieren. Des Weiteren wurden eine Reihe von Verbesserungen und Anpassungen durchgeführt, die für den Betrieb an Bord der Geophysica notwendig waren. Im Zeitraum von Dezember 1998 bis Oktober 1999 nahm HAGAR an drei Messkampagnen teil. Im Rahmen von APE-ETC ("Airborne Platform for Earth Observation - Extensive Test Campaign") wurde das Instrument erstmals an Bord der Geophysica montiert und eingesetzt. Trotz einer Reihe von kleineren Schwierigkeiten erwies sich das HAGAR-Konzept als gut ge- eignet für den Einsatz an Bord eines Höhenforschungsflugzeugs. So konnten zumindest während drei von sechs Testflügen Daten aufgezeichnet werden. Im Februar/März 1999 war HAGAR Teil der Geophysica-Nutzlast während der Messkampagne APE-THESEO ("Airborne Platform for Earth Observation - The Contribution to the Third European Stratospheric Experiment on Ozone"), die Mahè/Seychellen als Basis nutzte. HAGAR konnte hier während ca. 30 Flugstunden Daten aufnehmen. Dabei konnte ein umfangreicher Datensatz vor allem im Bereich der tropischen Tropopausenregion gewonnen werden. Die Tropen sind von besonderer Bedeutung für den stratosphärischen Transport, unter anderem da hier der Haupteintrag von troposphärischer Luft in die Stratosphäre stattfindet. Der Untersuchung des antarktischen Polarwirbels in der Phase des maximalen Ozonabbaus war die Messkampagne APE-GAIA ("Airborne Polar Experiment - Geophysica Aircraft in Antarctica") gewidmet, die im September und Oktober in Ushuaia/Argentinien stattfand. Als südlichste Stadt der Erde bietet Ushuaia die beste geographische Lage, um den stratosphärischen Polarwirbel mittels Flugzeugmessungen zu untersuchen. HAGAR arbeitete zuverlässig während aller wissenschaftlichen Flüge und einem Testflug in Ushuaia. Zusätzlich konnte während sechs Transferflugetappen zwischen Sevilla und Ushuaia zumindest für einen Teil der Substanzen Daten aufgezeichnet werden. Insgesamt liegen für etwa 60 Flugstunden Daten vor, darunter auch erstmals ein hochaufgelöstes Vertikalprofil im Polarwirbel, dass von über 20 km Höhe bis hinunter zur Tropopausenregion reicht. Für ein neu entwickeltes Messinstrument wie HAGAR ist eine Validierung der Daten sehr wichtig. Da eine direkte Validierung durch parallele Messungen nicht möglich war, musste auf ältere, vergleichbare Datensätze zurückgegriffen werden, die anhand des troposphärischen Trends korrigiert wurden. Als Vergleich dienten Datensätze der in-situ-Gaschromatographen GhOST und ACATS, der kryogenen Luftprobensammler und des CO 2 -Instrumentes der Harvard University. Dabei zeigte sich stets eine gute bis sehr gute quantitative Übereinstimmung der Daten. Auch die Präzision der Messungen, die bereits endgültig ausgewertet wurden, sind sehr zufriedenstellend und zumindest vergleichbar mit denen von "etablierten" Instrumenten. So war die Präzision für N 2 O, F12 und F11 zumeist deutlich besser als 1 %. Für CO 2 konnte die Präzision für APE-GAIA auf 0,15 ppm bzw. 0,05 % verbessert werden. Die Präzision der vorläufigen Daten von Halon-1211 und SF 6 beträgt bisher etwa 5 %. Der im Jahre 1999 von HAGAR aufgenommene Datensatz bietet umfangreiche Möglichkeiten zur wissenschaftlichen Analyse. Nur exemplarisch sind daher die Punkte zu sehen, die in dieser Arbeit diskutiert werden. Das mittlere Alter der Luft kann als die Zeit beschrieben werden, die die Bestandteile eines Luftpakets im Mittel benötigten, um von der tropischen Tropopausenregion an seine aktuelle Position in der Stratosphäre zu gelangen. Zur Bestimmung des mittleren Alters der Luft werden Messungen von Spurengasen verwendet, die in der Stratosphäre konservativ sind und deren troposphärisches Hintergrundmischungsverhältnis einen zeitlich linear ansteigenden Trend aufweist ("Alterstracer"). HAGAR ist in der Lage, die Mischungsverhältnisse der beiden gebräuchlichsten Alterstracer CO 2 und SF 6 zu messen. Das Alterskonzept bietet eine einfach zu bestimmende Kenngröße für den stratosphärischen Transport, die im Gegensatz zu Mischungsverhältnissen direkt mit Messungen, die zu anderen Zeitpunkten gewonnen wurden, vergleichbar ist. Es konnte gezeigt werden, dass die erreichbare Genauigkeit der Altersbestimmung nicht von der Messgenauigkeit von CO 2 und SF 6 limitiert ist, sondern von der Abweichung der troposphärischen Trends vom (zeitlich linear ansteigenden) Ideal. Insbesondere im Fall von CO 2 wird dies deutlich, wobei die von HAGAR erreichte Messgenauigkeit für eine maximale Unsicherheit in der Altersbestimmung von ca. zwei Monaten ausreichen würde. Neben den saisonalen Schwankungen, die in mittleren Breiten ab ca. 16 km Höhe keine Rolle mehr spielen, sorgen vor allem die jährlichen Schwankungen dafür, dass die Altersbestimmung mit CO 2 momentan kaum besser als mit einem Fehler von etwa 0,7 Jahren durchgeführt werden kann. In den Tropen kann die Messung des CO 2 -Mischungsverhältnisses nicht direkt zur Altersbestimmung herangezogen werden. Durch die starke Vertikalbewegung in den Tropen kann das saisonale CO 2 -Signal im Vertikalprofil beobachtet werden. HAGAR konnte solche Profile während zweier Jahreszeiten (Februar/März bzw. Mitte September) aufzeichnen. Die Tropen sind in der Stratosphäre durch sogenannte Mischbarrieren für den horizontalen Transport gegenüber den mittleren Breiten abgegrenzt. Dies zeigt sich unter anderem in veränderten Tracer-Tracer-Korrelationen. Gealterte Luft aus den mittleren Breiten, die groÿteils bereits einmal die groÿräumige Brewer-Dobson-Zirkulation durchlaufen hat, wird jedoch zu einem geringen Maße erneut in den Bereich der tropischen Aufwärtsströmung eingemischt. Für die Gesamtverweilzeit von langlebigen Spurengasen in der Stratosphäre ist diese Einmischung von besonderer Bedeutung. Während nahezu aller Flüge von APE-THESEO (1° N - 19° S) ergaben die HAGAR- Daten eine kompakte F11-N 2 O-Korrelation; beim letzten Flug, der nur bis 15° S führte, ergaben sich jedoch Datenpunkte, die eher zu einer Korrelation passen, die aus mittleren Breiten bekannt ist. Es ist noch im Detail zu klären, ob hier möglicherweise direkt ein Einmischungsereignis beobachtet wurde. Auch der Polarwirbel ist im Winter von einer effektiven Transportbarriere umgeben. Hier ist eine wichtige Frage, inwieweit Luft aus dem Wirbel in die mittleren Breiten vordringen und dort die chemische Zusammensetzung der Stratosphäre verändern kann. Dieser Luftmassenaustausch findet häufig in Form von sogenannten Filamenten statt, Luftmassen also, die vom Wirbel abgetrennt wurden und sich nun immer länger gezogen vom Wirbelrand wegbewegen. Hochaufgelöste Tracermessungen, wie sie mit HAGAR durch- geführt werden, stellen eine ideales Werkzeug zur Untersuchung und Charakterisierung solcher Abläufe dar. So konnten zahlreiche Strukturen innerhalb und außerhalb des Wirbels untersucht werden, deren Tracermischungsverhältnis darauf hinwies, dass sie jeweils von der anderen Seite des Wirbelrandes stammten. Dabei konnten keine signifikanten Strukturen beobachtet werden, die eine geringere horizontale Ausdehnung als 50 km hatten. Mit dem Ende der vorliegenden Arbeit ist weder die Entwicklung des Instrumentes noch die Interpretation des 1999 gewonnenen Datensatzes abgeschlossen. So ist neben einer neuen Datenerfassung für Temperaturen auch eine Erweiterung von Kanal 1 des Gaschromatographen in Planung. Neben SF 6 soll in Zukunft auch noch CH 4 mit einer Zeitauflösung von etwa 90 s gemessen werden. Zudem soll mit einer verbesserten Druckregelung für den Kessel die Präzision insbesondere der CO 2 -Messungen optimiert werden. Die Präzision der Daten von Halon-1211 sowie SF 6 sind mit 5 % bisher nicht zufriedenstellend. Grund hierfür ist letzlich die Tatsache, dass das Signal-Rausch-Verhältnis für diese beiden Substanzen aufgrund ihrer geringen Mischungsverhältnisse von nur einigen ppt in der Stratosphäre sehr schlecht ist. Aus diesem Grunde wurde eine neue Auswertemethode entwickelt und innerhalb des Softwarepakets zur Datenauswertung (NOAH-Chrom) realisiert. Bei dieser Methode werden die Peaks durch Gauß-Funktionen angenähert. Erste Tests verliefen vielversprechend, zeigen jedoch, dass der Einsatz der Methode noch eine Menge Detailarbeit erfordert. Aus diesem Grunde steht eine vollständige Auswertung des HAGAR-Datensatzes für diese beide Substanzen noch aus; die Methodik ist jedoch im Anhang erläutert. Die in dieser Arbeit dargestellten Analysen sollten als Wegweiser für weitere Untersuchungen und Diskussionen dienen können. So wird insbesondere die Diskussion um die Altersbestimmung wieder aufgenommen werden müssen, wenn sowohl endgültige SF 6 -Daten von HAGAR als auch neue Daten über den aktuellen troposphärischen Trend von SF 6 aus dem NOAA/CMDL- Netzwerk vorliegen. Einen weiteren Schwerpunkt wird die Untersuchung der Mischung über den Rand des Polarwirbels hinweg bilden, wobei sich insbesondere die Frage nach der Höhenabhängigkeit der Mischung stellt. Hier sind insbesondere auch Modellstudien möglich, denen mit den HAGAR-Daten eine weit präzisere und vor allem höher aufgelöste Eingangsdatenbasis zur Verfügung steht, als sie etwa aus Satellitendaten gewonnen werden kann. Von besonderem Interesse ist dabei ein Phänomen, das in den HAGAR-Daten, aber auch bereits in einem Datensatz der ER-2 von 1994 zu beobachten ist: So weicht die F11-N 2 O-Korrelation im Bereich des Polarwirbels für F11-Mischungsverhältnisse zwischen 40 ppb und 170 ppb nach unten von der normalen, aus mittleren Breiten bekannten Korrelation ab (vgl. Abbildung 7.5 auf Seite 142). Dies ist möglicherweise auf noch nicht vollständig verstandene Mischungsprozesse zurückzuführen. In jedem Falle ist damit zu rechnen, dass der im Jahre 1999 von HA-GAR an Bord der Geophysica aufgezeichnete umfangreiche Datensatz weitere Schritte hin zu einem differenzierteren Verständnis des stratosphärischen Transportes einleiten wird.

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zum Verständnis der Rolle des RO x bei der troposphärischen Ozonbildung. Troposphärisches Ozon (O 3 ) spielt eine wichtige Rolle bei der Selbstreinigung der Atmosphäre. Andererseits führen erhöhte Ozonkonzentrationen zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen beim Menschen und Schäden an Pflanzen und Umwelt. Die Anwesenheit von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) führt zur Bildung von Peroxyradikalen (RO x ), die das normale photochemische Gleichgewicht zwischen Ozon und Stickoxiden zu Gunsten erhöhter Ozon­Konzentrationen verschieben. Im Rahmen der Arbeit wurde ein chemischer Verstärker zur Messung der Gesamt­Peroxyradikalkonzentration gebaut. RO x reagiert im Einlass des Gerätes mit hinzugefügtem NO und CO in einer Kettenreaktion und bildet dabei NO 2 . Dieses wird mit einem Luminoldetektor nachgewiesen. Der Detektor wird alle 2 Stunden kalibriert. Die Kettenlänge wird durch eine Kalibrierung des Gerätes mit HO 2 ­Radikalen bestimmt, die durch die Photolyse von H 2 O gebildet werden. Der Verstärkungsfaktor wurde in Bezug auf eine Querempfindlichkeit gegen Wasserdampf korrigiert. Die Messgenauigkeit ist etwa 70% bei 60% relativer Feuchte. Messungen am Taunus Observatorium auf dem Kleinen Feldberg in den Sommermonaten der beiden Jahre 1998 und 1999 werden vorgestellt. Die Ozon­ und RO x ­Konzentrationen sind gut miteinander korreliert. Allerdings ist die Tagestemperatur die für die Ozon­ und RO x ­Konzentrationen bei weitem wichtigste Einflussgröße und ist daher der beste Parameter zur statistischen Beschreibung von photochemischen Vorgängen. Auf der Grundlage der Messungen am Kleinen Feldberg wurde ein einfaches statistisches Modell zur Vorhersage des Ozonmaximums erstellt. Mit den Parametern Temperatur und Ozonkonzentration am Vortag konnte das statistische Modell bereits 80% der Variation der Ozonkonzentration erklären. Durch die Berücksichtigung der RO x ­Messungen am Vormittag konnte lediglich eine Verbesserung der erklärten Varianz um 0.5% erzielt werden. Um einen Hinweis auf den Einfluss anthropogener Emissionen zu bekommen, wurde der Wochengang von Ozon, RO x und NO x ebenfalls untersucht. Die Zunahme des Ozonmischungsverhältnisses am Wochenende bei gleichzeitigem Rückgang des Mischungsverhältnisses der Stickoxide wird damit erklärt, dass am Kleinen Feldberg eine VOC­limitierte Situation vorgefunden wurde. Die Ozonbildungsrate auf Basis der Reaktion zwischen RO x und NO wurde für Tage mit einem Maximum der Globalstrahlung über 600 W m tdatensatz niedrig (r = 0,46). Die beobachtete Änderung des Ozonmischungsverhältnisses wurde mit dem berechneten mittleren Tagesgang der Ozonbildungsrate verglichen. Die Ozonbildungsrate lag um die Mittagszeit bei etwa 5 ppbv h Verlustprozesse zu erklären. Am Abend werden etwa 2 ppbv O 3 pro Stunde abgebaut. Im Rahmen einer Messkampagne im Juni/Juli 2000 am Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg fanden Messungen der Konzentrationen von RO x , OH, einer Reihe von VOCs, und anderen relevanten Spurengasen statt. Die Messdaten werden mit Hilfe eines auf der Annahme des lokalen photostationären Gleichgewichts der Radikale basierenden Modells interpretiert. Die Modellergebnisse stimmten sehr gut mit den Messungen überein. Die Überschätzung der Konzentration an 2 Tagen wurde durch den Einfluss sauerstoffhaltiger VOCs erklärt. Das '' Recycling" der HO 2 ­Radikale (die Reaktion zwischen HO 2 und NO) ist die wichtigste Quelle für OH und die wichtigste Senke für RO x . Durch die erhöhte NO­Konzentration am Vormittag wird HO 2 sehr schnell in OH umgewandelt, das wiederum für die VOC­Oxidation und RO x ­Bildung verantwortlich ist. Die wichtigste OH­Senke und RO x ­Quelle ist die Oxidation von Isopren und den Terpenen. Um die Rolle der photochemischen Ozonbildung auf regionaler Skala zu untersuchen, wurden Ozonmessungen aus ganz Deutschland auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen statistisch untersucht. Die Netto­ Änderungsrate der Ozonkonzentration war tagsüber an 3 nahe zusammenliegenden Stationen sehr ähnlich. Die Ozon­Messdaten von 277 deutschen Messstationen wurden mit den an einer Waldmessstelle nahe Königstein gemessenen Ozonwerten korreliert. Die Ozonmessungen in Königstein erklären 50% der Varianz der sommerlichen Ozonmessungen zwischen 11:00 und 16:00 MEZ an Stationen, die in einem Umkreis von etwa 250 km von Königstein liegen. Auf das ganze Jahr bezogen, liegt diese ''charakteristische Entfernung" bei etwa 350 km. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Prozesse, die einen wichtigen Einfluss auf die Ozonkonzentration ausüben, auf regionalen Skalen von einigen hundert Kilometern aktiv sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die gemessenen RO x ­Konzentrationen mit den aufgrund der Oxidation der VOCs durch OH berechneten Konzentrationen konsistent sind. Obwohl die RO x ­Konzentationen für die chemische Modellierung von Bedeutung sind, tragen RO x ­Messungen nur wenig zu einer Verbesserung der Qualität von kurzfristigen statistischen Ozonprognosen bei. Keywords: Ozone, Troposphere, Peroxy Radicals, Free Radicals, Photochemistry, Chemical Amplifier

In dieser Arbeit wurde der chemische Ozonverlust in der arktischen Stratosphäre über elf Jahre hinweg, zwischen 1991 und 2002, mit Hilfe der so genannten "Ozon-Tracer Korrelationstechnik" (TRAC), untersucht. Bei dieser Methode werden Korrelationen zwischen Ozon und langlebigen Spurenstoffen im Verlauf des Winters im Polarwirbels beobachtet und so der jährliche akkumulierte Ozonverlust berechnet. Die Ergebnisse dieser Arbeit basieren im wesentlichen auf Messdaten der Satelliteninstrumente: HALOE (Halogen Occultation Experiment) auf UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) und ILAS (Improved Limb Atmospheric Spectrometer) Instrument auf ADEOS (Advanced Earth Observing Satellite). Das HALOE Instrument misst seit Oktober 1991 kontinuierlich alle zwei bis drei Monate für einige Tage in höheren nördlichen Breiten. ILAS lieferte ausschließlich für den Winter 1996-97 Messungen, die über sieben Monate hinweg in hohen Breiten aufgenommen wurden. Aufgrund der eingeführten Erweiterungen und Verbesserungen der Methode in dieser Arbeit, konnte die Methode anhand einer detaillierten Studie für den Winter 1996-97 validiert werden. Die ILAS Messreihe wurde dazu verwendet, erstmals die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung von Ozon-Tracer Korrelationen kontinuierlich für die gesamte Lebensdauer des Polarwirbels durchzuführen. Dabei wurden auch Korrelationen während der Bildung des Wirbels untersucht und im Besonderen mögliche Mischungsvorgänge zwischen Wirbelluft und Luftmassen außerhalb des Wirbels. Ausserdem wurde ein Vergleich der Ergebnisse von ILAS und HALOE Messdaten durchgeführt und Unterschiede in den Ergebnissen tiefgreifend analysiert. Basierend auf HALOE Messungen konnte die erweiterte TRAC Methode über elf Jahren hinweg angewendet werden. Damit war erstmals eine konsistente Analyse von Ozonverlust und Chloraktivierung über diesen Zeitraum möglich. Die Erweiterungen führten zu einer Verringerung und genauen Quantifizierung von Unsicherheiten der Ergebnisse. Ein deutlicher Zusammenhang zwischen meteorologischen Bedingungen, Chloraktivierung und dem chemischen Ozonverlust wurde deutlich. Weiterhin zeigte sich eine Abhängigkeit zwischen den meteorologischen Bedingungen und der Homogenität des Ozonverlustes innerhalb eines Winters, sowie der mögliche Einfluss von horizontaler Mischung auf Luftmassen in einem schwach ausgeprägten Polarwirbel. In dieser Arbeit wurde eine positive Korrelation zwischen den über die gesamte Lebensdauer des Wirbels auftretenden möglichen PSC-Flächen und den akkumulierten Ozonverlusten für die elf untersuchten Jahre deutlich. Es konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass der Ozonverlust von deutlich mehr Einflüssen als nur von der Fläche möglichen PSC Auftretens bestimmt wird, sondern zum Beispiel von der Stärke der Sonneneinstrahlung abhängt. Außerdem lassen sich Auswirkungen von Vulkanausbrüchen, wie zum Beispiel im Jahr 1991 der des Mount Pinatubo, identifizieren.

Die kumulative Dissertation beschäftigt sich mit der atmosphärischen Konzentration von Eiskeimen, einer Unterklasse des atmosphärischen Aerosols, die bei der Eisbildung in Wolken eine zentrale Bedeutung besitzt. Messungen der Eiskeimkonzentration am Taunusobservatorium (Kleiner Feldberg) (nahe Frankfurt am Main) wurden mit dem Verfahren einer Vakuum-Diffusionskammer durchgeführt. Die Arbeit umfasst die Darstellung des angewandten Messverfahrens und die Analyse und Bewertung der Messergebnisse für den Raum Zentraleuropa, anhand von u.a. Rückwärtstrajektorien und Korrelationen zu aerosolphysikalischen Parametern. Ein signifikanter Einfluss von Mineralstaub-Ferntransport aus Wüstengebieten auf die Eiskeimkonzentration in Zentral-Europa wurde ermittelt.