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Luftmassenexport aus dem asiatischen Monsun in die außertropische Stratosphäre: Auswirkungen auf Chemie und Strahlung (AirExam)

Der asiatische Sommermonsun ist charakterisiert durch hohe Konvektion über Südasien, die mit der asiatischen Monsun-Antizyklone (AMA) zusammenhängt, der sich von der oberen Troposphäre bis in die untere Stratosphäre (UTLS) erstreckt. Diese Antizyclone ist das ausgeprägteste Zirkulationsmuster in diesen Höhen während des borealen Sommer. Es ist bekannt, dass der Export von Monsunluft quasi-isentropisch aus der AMA sowohl im Osten als auch im Westen, einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung der außertropischen unteren Stratosphäre hat. Jedoch sind die relative Stärken der beiden Wege bisher unbekannt. Der Transport von Luftmassen aus der AMA in die nördliche außertropische UTLS wirkt sich entscheidend auf die Chemie der Stratosphäre und ihrenStrahlungshaushalt (z.B. durch Transport von H2O, Aerosol oder ozonschädigende Stoffe) aus. Im Rahmen dieses Projekts AirExam wird der quasi-isentropischer Luftmassenexport aus der AMA durch verschiedene Wegen und seine Auswirkungen auf Chemie und Strahlung der außertropische UTLS quantifiziert durch u.a. HALO-Flugzeugmessungen (insbesondere aus die für Sommer 2023 geplanten PHILEAS-Kampagne), Simulationen mit dem Chemischen Transportmodell CLaMS und Strahlungsberechnungen. Unser Projekt AirExam wird sich mit den folgenden offenen Schlüsselfragen befassen:1) Welchen relativen Beitrag leisten die beiden quasi-horizontalen Transportwege (nach Westen und Osten) aus dem asiatischen Monsun-Antizyklon zur Zusammensetzung der außertropischen unteren Stratosphäre?2) Wie groß ist die jährliche Variabilität des Transports aus der asiatischen Monsun-Antizyklone in die außertropische untere Stratosphäre und was sind die Hauptquellenregionen auf der Erde Oberfläche?3) Was ist die Auswirkung des Wasserdampftransports aus der asiatischen Monsun-Antizyklone zum H2O-Budget der außertropischen UTLS und seine Strahlungswirkung?In unserem Projekt werden wir HALO-Messungen (insbesondere H2O) mit globalen 3-dimensionalen CLaMS-Simulationen kombinieren, die von neuen hochaufgelösten ERA-5-Reanalyse des ECMWF angetrieben werden. CLaMS-Simulationen auf der Grundlage von ERA-5 sind ein neues Instrument zur zuverlässigen Beschreibung von Transportprozessen in der Region des asiatischen Monsuns und seiner globalen Auswirkungen. Die Strahlungswirkung des durch den asiatischen Monsun verursachten H2O-Anstiegs im Sommer und Herbst wird mit Hilfe des Strahlungs-Transfercodes Edwards und Slingo berechnet. H2O ist das wichtigste Treibhausgas, und die Befeuchtung der Stratosphäre ist eine wichtige Triebkraft des Klimawandels. Unser Projekt AirExam wird die Auswirkungen des verstärkten H2O-Transports in die untere Stratosphäre quantifizieren und kann daher dazu beitragen, die potenziellen Risiken des Luftmassentransports aus der asiatischen Monsunregion auf die globale Stratosphäre zu bewerten.

Quantifizierung des Einflusses der stratosphärischen Zirkulation auf die Abschätzung troposphärischer Emissionen

Neue Studien zeigen, dass die Emissionen eines der wichtigsten Fluochlorkohlenwasserstoffe (FCKWs), des CFC--11, seit 2012 wieder ansteigen, was eine ernste Bedrohung für die Ozonschicht bedeutet. Allerdings sind die Abschätzungen der FCKW Emissionen mit großen Unsicherheiten behaftet. Die größte Unsicherheit stammt von Änderungen der stratosphärischen Zirkulation und deren Darstellung in derzeitigen atmosphärischen Modellen und Reanalysen. Die Methodiken, um diese Zirkulationsänderungen in Modellen besser einzuschränken, sind unzureichend.Ziel des Projekts ist es den Einfluß von Jahr-zu-Jahr Variabilität und dekadischen Änderungen im stratosphärischen Transport auf troposphärische Änderungen langlebiger Spurenstoffe, mit Fokus auf FCKWs, besser zu verstehen. Dazu werden neue Methodiken entwickelt und verbessert, um das stratosphärische Altersspektrum abzuleiten, die Verteilung der Transportzeit durch die Stratosphäre. In einem ersten Schritt wird die Methoden-Evaluierung im Modell durchgeführt. Drei verschiedene Methodiken zur Berechnung des Altersspektrums aus Mischungsverhältnissen chemischer Spezies werden verglichen. Diese Methodiken basieren auf (i) einer inversen Gauss-Funktions Parametrisierung, (ii) einer verbesserten Parametrisierung, und (iii) einer direkten Inversions-Methode. Für einen "proof of concept" werden die Resultate aller drei Methoden mit Altersspektren aus dem Lagrangeschen Atmosphären-Modell CLaMS verglichen, die im Modell exakt mit einer Pultracer-Methode berechnet werden. Im zweiten Schritt werden die Methodiken angewendet auf hochaufgelöste in-situ Spurengas-Messdaten aus Luftproben von Flugzeug-Messungen und von neuesten AirCore Messungen. Die Kombination von neuartigen Simulations- und Berechnungs-Methoden mit neuesten Messdaten zur Bestimmung des stratosphärischen Altersspektrums wird zu bisher nicht dagewesenen Einschränkungen des stratosphärischen Transports in Modellen führen. Durch Vergleich der Modell-Altersspektren aus Simulationen die mit verschiedenen meteorologischen Reanalysen angetrieben wurden, einschließlich der neuesten ERA5 Reanalyse und älterer Produkte (ERA-Interim, MERRA-2, JRA-55), soll die Robustheit der Modell-Darstellung stratosphärischer Transportänderungen abgeschätzt werden. Schließlich werden die Variabilitäten im stratosphärischen Transport untersucht und quantifiziert, sowie die Effekte dieser Variabilität auf die Spurengaszusammensetzung der unteren Stratosphäre und auf troposphärische Trends. Die aus dem Projekt resultierenden verbesserten Methodiken zur Abschätzung troposphärischer Spurenstoff-Budgets sollen der wissenschaftlichen Community zugänglich gemacht werden, und werden einen wichtigen Schritt darstellen hin zu einer verbesserten Berechnung von Emissionen langlebiger ozonzerstörender Substanzen und Treibhausgase.

Lachgasemissionen

Distickstoffoxid (N2O; Lachgas) ist ein starkes Treibhausgas und eine ozonabbauende Substanz. Während des letzten Jahrhunderts ist die atmosphärische Konzentration von N2O als Folge der Erfindung der menschengemachten Stickstofffixierung (des Haber-Bosch-Prozesses) und der Intensivierung der landwirtschaftlichen Düngung ständig angestiegen, was zu einem starken anthropogenen Ungleichgewicht im globalen biogeochemischen Stickstoffkreislauf geführt hat. Obwohl erkannt wurde, dass N2O-Emissionen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielen, blieben entsprechende Strategien zur Emissionsminderung weitgehend unerforscht. Das Ziel dieses interdisziplinären und kollaborativen Projekts ist die Untersuchung von N2O-atmenden Bakterien (NrB) und deren Anwendbarkeit zur Verminderung von N2O-Emissionen aus Kläranlagen. Die beiden Hauptziele sind (i) die Identifizierung der am besten geeigneten NrB für diese Aufgabe und (ii) der Einsatz dieser Organismen unter kontinuierlichen Bedingungen, die für die Abwasserbehandlung realistisch sind. Das Arbeitsprogramm beinhaltet eine gründliche mikrobiologische Charakterisierung von repräsentativen NrB in Kurzzeit-Experimenten, einschließlich der Untersuchung der Lachgasatmung bei Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff und dem Einfluss anderer relevanter Faktoren, wie der Kohlenstoffquelle oder der Abwassermatrix. Geeignete NrB sollen in Langzeitexperimenten Abwasser-ähnlichen Bedingungen ausgesetzt werden. Diese Studien sollen in Laborreaktoren durchgeführt werden und beinhalten unter anderem die Exposition zu wechselnden Bedingungen, z. B. dynamische Veränderungen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs. Das Projekt wird eine Eignungsbewertung hinsichtlich der Verwendung von NrB unter Abwasserbedingungen und der Implementierung von NrB in Abwasserbehandlungssystemen liefern. Es wird weiterhin dazu beitragen, die noch nahezu unerforschte natürliche Ressource der N2O- atmenden Bakterien zu nutzen.

Ozonschicht zerstörende Substanzen

Stratosphärisches Ozon (Ozonschicht) ist ein lebenswichtiger Bestandteil der Atmosphäre, wobei es nicht mehr als einen fein verteilten zarten Schleier darstellt, der zusammengepresst auf Normaldruck lediglich eine Dicke von etwa 3 mm hätte. Es reicht aber aus, um die kurzwellige ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne zu absorbieren und so wie ein Sonnenschutz alles Leben auf der Erde vor den zellschädigenden Wirkungen zu schützen. Die stratosphärische Ozonschicht kann durch langlebige chlor- und bromhaltige Verbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und Halon geschädigt werden. Ausgehend von Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Halonen, die als Treibgase, Kühl- und Schäummittel beziehungsweise als Feuerlöschmittel in der Vergangenheit eingesetzt wurden, entstehenden Chlor-Radikale, die nach komplizierten Zwischenschritten vor allem im Bereich der sehr kalten polaren Stratosphäre in der Lage sind, viele Ozonmoleküle zu spalten. In den Bereichen der Pole ist die Ozonschicht teilweise so gering, dass man vor allem während der Wintermonate von einem "Ozonloch" spricht. Zum Schutz der Ozonschicht wurde deshalb im Jahr 1987 das Montrealer Protokoll unterzeichnet. Dies wurde in Europa und Deutschland durch verschiedene Verordnungen umgesetzt. In Europa und in Deutschland sind die Herstellung und die Vermarktung von FCKW und Halonen sowie von Produkten, die diese enthalten (Spraydosen, Kühlgeräte, Feuerlöscher) weitestgehend verboten. Auch die Ersatzstoffe (H-FCKW), die ebenfalls ein Ozonschädigungspotential besitzen, wenn auch in geringerem Umfang, werden nach und nach beschränkt.

Ozone-depleting substances, 2024

Aggregated data on 'Consumption of ozone-depleting substances (ODS)'. Data reported by companies to the European Environment Agency (EEA) under Article 27 of Regulation (EC) No 1005/2009 (EU Ozone Regulation). Data reported by companies on the production, import, export, destruction, and use of ozone-depleting substances in the EU-27, 2006-2023.

Ozone-depleting substances

Aggregated data on 'Consumption of ozone-depleting substances (ODS)'. Data reported by companies to the European Environment Agency (EEA) under Article 27 of Regulation (EC) No 1005/2009 (EU Ozone Regulation). Data reported by companies on the production, import, export, destruction, and use of ozone-depleting substances in the EU-27 plus United Kingdom, 2006-2020.

Ozonschichtschädigende Stoffe Wissenswertes

Zur Schädigung der Ozonschicht in der Stratosphäre tragen eine Vielzahl an halogenierten chemischen Substanzen bei . Dazu gehören u. a. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Halone, Tetrachlorkohlenstoff, Methylbromid und weitere teilhalogenierte Kohlenwasserstoffe. Die Verordnung (EG) Nr. 1005/2009 über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen und die nationale Chemikalien-Ozonschichtverordnung regeln die nur noch in Ausnahmefällen genehmigte Produktion sowie das Inverkehrbringen dieser Stoffe. Erhöhte technische Anforderungen an Einrichtungen, die diese Stoffe enthalten sowie spezielles Fachwissen und Fertigkeiten des Personals im Umgang mit solchen Stoffen sind weitere Maßnahmen, zum Schutz von Mensch und Umwelt. Entsprechende Dokumente können aus dem Abschnitt "Formulare/Anträge/Leitfäden" entnommen werden. Aktualisierungsdatum 11.02.2025 Nutzungsbedingungen externer Webseiten - ECHA - EUR-Lex - BAuA - Bundesumweltministerium

Kontinuierliche Bestimmung von N2O Isotopomeren in Umgebungsluft mittels Quantenkaskadenlaser-Absorptionspektrometrie

Nitrous oxide (N2O) is a stratospheric ozone depleting substance and one of the four most important greenhouse gases. Its major sink, stratospheric destruction, is well quantified, but the global budget is rather uncertain due to a limited understanding of the dominant N2O sources. The study of the three main stable isotopes (14N15N16O / 15N14N16O / 14N14N16O) is a powerful way to trace the biogeochemical cycle of N2O. Absorption spectroscopy in the mid-infrared is potentially the most powerful, direct method to distinguish between all relevant N2O isotopes because of their characteristic rotational-vibrational transitions. It allows the determination of both the N2O concentration and the isotope ratios (d15Na and d15Nb). However, up to now isotope measurements with the required precision of less than 1 per mille for d15N were only possible at N2O concentration levels that are too high for environmental or atmospheric applications. Based on our latest improvements in laser spectroscopy, we expect a precision for d15N of 0.1 percent at 90 ppm of N2O in a compact and field-deployable quantum cascade laser isotope spectrometer (QCL-IS). While this is adequate to study many biological and technical processes, we also intend to develop a liquid nitrogen-free, fully-automated preconcentration unit. This unit will then be coupled to the QCL-IS to allow continuous ambient air measurements (ca. 320 ppb N2O) with a time resolution of 15 minutes. Studies based on the concentration of individual N2O isotopes and their ratio could significantly enhance our understanding of the global N2O budget. The key to this is source characterization, allocation and quantification of important processes, e.g. soil nitrification/denitrification, waste water treatment and combustion, which will become more accessible because of the novel analytical tool. Furthermore, the preconcentration unit and its coupling to QCLAS is a technique with a wide potential, since it might be used for other trace gases or isotopes with concentrations that are too low for currently available spectroscopy.

Stratospheric ozone: halogen impacts in a varying atmosphere (SHIVA)

Objective: SHIVA aims to reduce uncertainties in present and future stratospheric halogen loading and ozone depletion resulting from climate feedbacks between emissions and transport of ozone depleting substances (ODS). Of particular relevance will be studies of short and very short-lived substances (VSLS) with climate-sensitive natural emissions. We will perform field studies of ODS production, emission and transport in understudied, but critical, regions of the tropics using ship, aircraft and ground-based instrumentation. We will parameterize potential climate sensitivities of emissions based on inter-dependencies derived from our own field studies, and surveys of ongoing work in this area. We will study the chemical transformation of ODS during transport from the surface to the tropical tropopause layer (TTL), and in the stratosphere, using a combination of aircraft and balloon observations together with process-oriented meso-scale modelling. These investigations will be corroborated by space-based remote sensing of marine phytoplankton biomass as a possible proxy for the ocean-atmosphere flux of ODS. From this a systematic emission inventory of VSLS ODS will be established to allow construction of future-climate scenarios. The impact of climate-sensitive feedbacks between transport and the delivery of ODS to the stratosphere, and their lifetime within it, will be studied using tracer observations and modelling. Further global modelling will assess the contribution of all ODS, including VSLS (which have hitherto normally been excluded from such models) to past, present and future ozone loss. Here, the sensitivity of natural ODS emissions to climate change parameters will be used in combination with standard IPCC climate model scenarios in order to drive measurement-calibrated chemical transport model (CTM) simulations for present and future stratospheric ozone; to better predict the rate, timing and climate-sensitivity of ozone-layer recovery.

Насоки относно контрола върху търговията и върху инспекциите на предприятия във връзка с флуорсъдържащитепарникови газове (F-газове) и зоноразрушаващите вещества (ОРВ)

This guidance document has been developed in the project “Implementation and enforcement of EU regulations on fluorinated greenhouse gases (F-gases) and ozone-depleting substances (ODS) in Bulgaria”. The objective of the document is to support Bulgaria in maximising its regulatory and enforcement capabilities with a focus on market surveillance and inspections of companies. It summarises the regulatory framework for F-gases and ODS in the EU, highlights new measures, including the F-gas phase-down and bans, and puts them into the Bulgarian context. Experiences, also in other EU member states, are referred to and recommendations for improving the enforcement of relevant EU F-gas and ODS regulations are given. To support effective inspection, checklists are provided to be used by inspectors during on-site inspections. Veröffentlicht in Broschüren.

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