CRISTA-NF - ein heliumgekühltes Infrarot-Teleskop für die Atmosphäre
Spurengasretrieval
Die Messungen von CRISTA-NF werden vor allem dazu genutzt, um 2-dimensionale Informationen über eine Vielzahl von Spurengasen zu erhalten. Die Herleitung der Volumenmischungsverhältnisse (VMR) aus den Strahlungsmessungen des Instruments wird dabei als Retrieval bezeichnet. Im Fall von CRISTA-NF wird dafür die Software JURASSIC (Juelich RApid Spectral SImulation Code, LINK) eingesetzt, die am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde. Aufgrund der sehr hohen vertikalen Abtastung der Atmosphäre während der Messungen war es möglich, für einige Spurengase (z.B. CFC-11, HNO3, ClONO2 und Ozon) im Bereich zwischen Flughöhe und einigen Kilometern darunter eine bis dahin unerreichte vertikale Auflösung der Retrievalergebnisse von 400 bis 500 m zu erreichen. Nähere Informationen zu der Retrievaltechnik und der Validierung der Messergebnisse finden sie in Ungermann et al. (2012) (LINK Publikation).
Die sehr große vertikale Auflösung ermöglicht die Beobachtung von kleinräumigen Strukturen in atmosphärischen Spurengasen, wie sie häufig in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) vorkommen. Während der RECONCILE (LINK) Kampagne wurden in unterschiedlichen Flügen kleinräumige Strukturen beobachtet. Ein Beispiel ist in Abb. 1 gezeigt. Der Messflug begann innerhalb des Polarwirbels, weshalb die CFC-11 VMR auf Flughöhe zu Beginn sehr niedrig sind. Gegen Ende des Fluges wurden dann zwei Strukturen mit niedrigen VMR beobachtet, einmal bei ca. 15 km und bei ca. 17 km Höhe. Diese beiden Strukturen sind von einer Schicht von nur wenigen Hundert Meter Dicke getrennt. Die sehr große vertikale Auflösung der Retrievalergebnisse ermöglicht es, diese unterschiedlichen Strukturen voneinander zu trennen.
Abbildung 1: Retrievalergebnis für CFC-11 für den RECONCILE-Flug vom 02.03.2010. Die Flughöhe ist als schwarze Kurve dargestellt und die VMR sind farbig kodiert gezeigt. Die Grafik ist aus Kalicinsky et al. (2013) übernommen.
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Da die CRISTA-NF Messungen auch zur Herleitung der VMR weiterer Spurengase wie z.B. Ozon genutzt werden können, lassen sich durch Kombination von zwei oder mehr Spurengasen in manchen Fällen Aussagen über die Herkunft beobachteter Luftmassen treffen. In Abbildung 2 ist eine solche Unterscheidung gezeigt, die auf dem Verhältnis von CFC-11 zu Ozon VMR basiert. Die lila Farbe zeigt dabei Luftpakete an, die eine eindeutige Charakteristik von Luft aus dem Polarwirbel aufzeigen. Diese Luftpakete zeigen bei geringen Werten von CFC-11 VMR (vgl. Abbildung 1) auch relativ geringe Werte der Ozon VMR. Somit ist eindeutig klar, das es sich bei der Struktur bei ca. 15 km Höhe um ein Filament handelt, das ursprünglich zum Polarwirbel gehörte, während die Struktur bei ca. 17 km Höhe keine oder kaum Luft aus dem Polarwirbel enthält.
Abbildung 2: Luftmassenherkunft hergeleitet aus dem Verhältnis von CFC-11 und Ozon VMR. Die lila Farbe zeigt dabei Luftmassen mit der Charakteristik des Polarwirbels an. Die Grafik ist aus Kalicinsky et al. (2013) übernommen.
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Die Messungen von CRISTA-NF lassen sich zum einen sehr gut zur Analyse von kleinräumigen Strukturen einsetzen und zum anderen auch zur Validierung von Modellsimulationen, die solche Strukturen und die Prozesse ihrer Entstehung möglichst genau wiedergeben wollen.
Weitere Details zu diesen Ergebnissen finden Sie in Kalicinsky et al. (2013) (LINK) und Ergebnisse für die AMMA-Kampagne z.B. in Ungermann et al. (2013) (LINK).
zuletzt bearbeitet am: 18.12.2023
