The TROPOMI instrument onboard the Copernicus SENTINEL-5 Precursor satellite is a nadir-viewing, imaging spectrometer that provides global measurements of atmospheric properties and constituents on a daily basis. It is contributing to monitoring air quality and climate, providing critical information to services and decision makers. The instrument uses passive remote sensing techniques by measuring the top of atmosphere solar radiation reflected by and radiated from the earth and its atmosphere. The four spectrometers of TROPOMI cover the ultraviolet (UV), visible (VIS), Near Infra-Red (NIR) and Short Wavelength Infra-Red (SWIR) domains of the electromagnetic spectrum. The operational trace gas products generated at DLR on behave ESA are: Ozone (O3), Nitrogen Dioxide (NO2), Sulfur Dioxide (SO2), Formaldehyde (HCHO), Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4), together with clouds and aerosol properties. This product displays the Nitrogen Dioxide (NO2) near surface concentration for Germany and neighboring countries as derived from the POLYPHEMUS/DLR air quality model. Surface NO2 is mainly generated by anthropogenic sources, e.g. transport and industry. POLYPHEMUS/DLR is a state-of-the-art air quality model taking into consideration - meteorological conditions, - photochemistry, - anthropogenic and natural (biogenic) emissions, - TROPOMI NO2 observations for data assimilation. This Level 4 air quality product (surface NO2 at 15:00 UTC) is based on innovative algorithms, processors, data assimilation schemes and operational processing and dissemination chain developed in the framework of the INPULS project. The DLR project INPULS develops (a) innovative retrieval algorithms and processors for the generation of value-added products from the atmospheric Copernicus missions Sentinel-5 Precursor, Sentinel-4, and Sentinel-5, (b) cloud-based (re)processing systems, (c) improved data discovery and access technologies as well as server-side analytics for the users, and (d) data visualization services.
Das Projekt "Vermessung des Brom- und Iodgehalts in der unteren und mittleren Stratosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. In unserem Vorhaben soll der Gehalt von Brom (Bry) und Iod (Iy) in der unteren und mittleren Stratosphäre bestimmt werden. Brom-Verbindungen sind für ca. 30% des Ozonverlusts in der Stratosphäre verantwortlich und damit ist eine regelmäßige Vermessung des stratosphärischen Bry angezeigt. Direkte Messungen in der mittlerenStratosphäre wurden aber seit 2011 nicht mehr durchgeführt. Zudem finden wir bei unseren jüngeren, flugzeuggetragenen Messungen von Bry (an Bord der NASA Global Hawk und des HALO Forschungsflugzeugs) in der tropsichen Tropopausenregion (TTL) und unteren Stratosphäre (UT/LS) etwa 2-3 ppt mehr Bry als aus lang- (Halone), mittel- (CH3Br) und kurzlebigen Bromverbindungen (VSLS) sowie deren Abbauprodukten zu erwarten ist. Die Gründe hierfür sind derzeit unklar. Unser Ziel ist es, die Messzeitreihe von Bry in der unteren und mittleren Stratosphäre wiederaufzunehmen und die entsprechenden Trends zu evaluieren. Insbesondere wollen wir untersuchen, ob die erhöhten Konzentrationen von Bry in der TTL mit Bry in der Stratosphäre kompatibel sind und was die Gründe für mögliche Differenzen sind. In Bezug of Iy weisen unsere früherenBeobachtungen auf Konzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze hin, aber auch diese Untersuchungen liegen mehr als eine Dekade zurück. Neuere Arbeiten schlagen vor, dass die Bildung von höheren Iodoxiden zu einer Revision der bisher angenommenen Photochemie von Iod in der Stratosphäre führt, so dass ein erneuertes Interesse anstratosphärischem Iod besteht. Mit begrenztem zusätzlichem Aufwand wollen wir hier auch den Iy Gehalt (oder die entsprechenden Höchstgrenzen) in der Stratosphäre vermessen. Die Messungen sollen von einem Höhenforschungsballon (Steighöhe 30-38 km) aus mittels etablierter spektroskopischer Methoden in Sonnen-Okkultationsgeometrie durchgeführt werden. Es sind zwei Messflüge für Sommer 2021 von Kiruna, Schweden, und für Sommer 2022 von Timmins, Canada, aus geplant. Die Flüge und Kampagnen selbst werden durch die EU Infrastruktur HEMERA gefördert.
Das Projekt "UV-Strahlung in Bayern im naechsten Jahrhundert" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut durchgeführt. Solare UV-Strahlung ist eine wichtige Groesse fuer Photochemie und Photobiologie. So sind z.B. Ausbildung und Verlauf sommerlicher Smogepisoden wesentlich vom UV-Angebot abhaengig. Unter biologischen und medizinischen Aspekten ist UV vor allem als Ausloeser von Zellveraenderungen bedeutsam. Moegliche Wirkungen reichen dabei von Ertragseinbussen bei Kulturpflanzen bis hin zu Sonnenbrand und Hautkrebs beim Menschen. In den letzten 30 Jahren hat das stratosphaerische Ozon deutlich abgenommen und die UV-B-Strahlung dementsprechend zugenommen. Zur Abschaetzung und Bewertung der potentiellen Risiken eines zukuenftigen UV-Strahlungsklimas wurden fuer vergangene (1967-1972), derzeitige (1987-1997) und zu erwartende Atmosphaerenbedingungen (2015 und 2050) verschiedenste UV-Strahlungsgroessen bestimmt. Hierfuer wurde die Strahlung unter Verwendung von Szenarien der relevanten Atmosphaerenparameter modelliert. Atmosphaerenparameter unter zukuenftigen Klimabedingungen wurden aus Simulationen des Gesamtozons durch ein globales Zirkulationsmodell sowie regionalen BayFORKLM-Klimasimulationen abgeleitet. Die UV-Strahlung wurde spektral hochaufgeloest fuer verschiedene Empfaengergeometrien (Globalstrahlung, aktinischer Fluss, Bestrahlungsstaerke auf eine vertikale Wand) modelliert. Durch spektrale Wichtung mit verschiedenen Wirkungsspektren (z.B. Erythem, Ozonphotolyse) wurden daraus biologisch und photochemisch relevante UV-Strahlungsgroessen abgeleitet. Flaechendeckend fuer Bayern bzw. in Form von Jahresgaengen fuer bestimmte Orte koennen damit Absolutwerte oder Unterschiede zwischen verschiedenen Bedingungen (z.B. Gegenwart und Zukunft, Jahreszeit, Atmosphaerenzustaende) angegeben werden. Die biologisch und photochemisch relevante UV-Strahlung nimmt in Bayern von Norden nach Sueden zu. Die Gruende hierfuer liegen sowohl in der zunehmenden Sonnenhoehe als auch in der ansteigenden Orographie, die Auswirkungen auf Luftreinheit und Bodenalbedo hat. Diese Zunahme betraegt zwischen Maintal und Hochlagen der Alpen im Sommer etwa 30 Prozent, im Winter sogar 100 Prozent. Typische Werte fuer wolkenfreie Bedingungen im Sommer liegen etwa 8 mal hoeher als im Winter. Waehrend einer Ozon-Minihole-Episode ist die UV-B-Strahlung typischerweise um 40 Prozent erhoeht. Optisch dicke Wolken reduzieren die UV-Strahlung bis auf etwa 10 Prozent der Werte fuer wolkenlose Atmosphaere. Fuer zukuenftige Bedingungen wurden 3 moegliche Ozonszenarien analysiert, die die voraussichtlichen, aber auch pessimistische und optimistische Bedingungen wiedergeben. Die Resultate zeigen, dass die hohen UV-Werte der letzten Jahre speziell im Winter und Fruehling noch fuer mehrere Jahrzehnte andauern werden. Fuer die Zeit um 2050 ist zu erwarten, dass die UV-Strahlung fuer Sommer und Herbst auf die Werte wie zur Zeit eines anthropogen noch weitgehend ungestoerten Ozongehaltes um 1970 zurueckgeht.(gekuerzt)
Das Projekt "LEXIS: Laborversuche zur Jodchemie in der Stratosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. The atmospheric chemistry of iodine has received much less attention than that of chlorine and bromine but recently a role for iodine in stratospheric ozone depletion has been proposed (Solomon et al. 1994). It is important to establish quantitatively the chemistry and budgets of atmospheric iodine, so that the influence, if any, of man-made iodine compounds on stratospheric ozone can be assessed. The objective of the LEXIS project is to provide laboratory data needed for this.
Das Projekt "Atomarer Sauerstoff in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre der Erde" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Atomarer Sauerstoff (O) ist ein wichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre. Er erstreckt sich von der Mesosphäre bis zur unteren Thermosphäre (Engl.: Mesosphere and Lower Thermosphere: MLT), d. h. von etwa 80 km bis über 500 km Höhe. O wird durch Photolyse von molekularem Sauerstoff durch UV-Strahlung erzeugt. Er ist die am häufigsten vorkommende Spezies in der MLT und eine wichtige Komponente in Bezug auf dessen Photochemie. Außerdem ist O wichtig für den Energiehaushalt der MLT, da CO2-Moleküle durch Stöße mit O angeregt werden und die angeregten CO2-Moleküle im Infraroten strahlen und die MLT kühlen. Dies bedeutet, dass sich der globale Klimawandel auch auf die MLT auswirkt, denn die Erhöhung der CO2-Konzentration in der MLT führt zu einer effizienteren Kühlung und damit zu deren Schrumpfen. Die O Konzentration wird außerdem durch dynamische Bewegungen, vertikalen Transport, Gezeiten und Winde beeinflusst. Daher ist eine genaue Kenntnis der globalen Verteilung von O und seines Konzentrationsprofils sowie der täglichen und jährlichen Schwankungen unerlässlich, um die Photochemie, den Energiehaushalt und die Dynamik der MLT zu verstehen. Das Ziel dieses Projekts ist es, Säulendichten und Konzentrationsprofile von O in der MLT durch Analyse der Feinstrukturübergänge bei 4,74 THz und 2,06 THz zu bestimmen. Die zu analysierenden Daten wurden mit dem Heterodynspektrometer GREAT/upGREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies) an Bord von SOFIA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, gemessen. Dies ist eine direkte Beobachtungsmethode, die genauere Ergebnisse liefern kann als existierende indirekte satellitengestützte Methoden, die photochemische Modelle benötigen, um O Konzentrationsprofile abzuleiten. Mit GREAT/upGREAT wurden seit Mai 2014 ca. 500.000 Spektren gemessen, die vier verschiedene Weltregionen abdecken, nämlich Nordamerika, Neuseeland, Europa und Tahiti/Pazifik. Zeitliche Variationen sowie der Einfluss von Sonnenzyklen, Winden und Schwerewellen werden ebenfalls im Rahmen des Projekts untersucht. Die Ergebnisse werden mit Satellitendaten, die für Höhen von 80 bis 100 km verfügbar sind, und mit Vorhersagen eines semi-empirischen Modells verglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Daten die ersten spektral aufgelösten direkte Messungen von O in der MLT sind. Dies ist eine vielversprechende Alternative zur Bestimmung der Konzentration von O im Vergleich mit indirekten satellitengestützten Methoden, die auf photochemischen Modellen beruhen.
Das Projekt "Untersuchung des Mechanismus der Bildung und der Wirkung von HNO2 in der urbanen Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Chemie (Otto-Hahn-Institut) durchgeführt. Dieses Vorhaben untersucht die Bildung von HONO in der belasteten Atmosphaere und verfolgt seinen Einfluss auf den taeglichen Verlauf der Photochemie. Dazu wird die Bildung des HONO an einigen, besonders belasteten Stellen im Ballungszentrum Rhein-Main mit optischer Langpfad-Absorption verfolgt. Seine Wirkung hinsichtlich des Radikalaufkommens wird mit einem chemischen Verstaerker verfolgt. Besonders wichtig sind die Episoden des morgendlichen Beginns der photochemischen Ozonbildung durch HONO-Photolyse und die vermuteten RO2-Profile in unmittelbarer Naehe sonnenbeschienener Oberflaechen waehrend des Tages. Die an unterschiedlichen Oberflaechen zum HONO verlaufenden Reaktionen werden im Labor mit Spektroskopie und der Stopped-Flow-Methode untersucht und mechanistisch gedeutet. Daraus werden sich belastbare Grundlagen fuer die modellmaessige Erfassung des atmosphaerischen HONO ergeben.
Das Projekt "DOAS Messungen von der NASA Global Hawk während des NASA-ATTREX Projektes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. The present project addresses differential optical absorption spectrometry (DOAS) measurements in scanning limb geometry from aboard the unmanned high-flying aircraft NASA Global Hawk (GH). The DOAS measurements are made within the NASA sponsored ATTREX (Airborne Tropical TRopopause EXperiment) project, by a 3 channel (UV/vis/nearer) optical spectrometer financed by NASA, but mostly built in Heidelberg. In fall 2011 and winter 2012/13 successful flights were already successfully performed and the DOAS instrument peformed. Within ATTREX three field campaigns are planned to take place in the Western Pacific (from EAFB, GUAM, and Darwin) in the years 2013 to 2014 (Jan./Feb. 2013, Jan./Feb. 2014 and June/July 2014). The field campaigns comprise about 50 GH sorties with 600 flight hours spent air-borne. Major scientific foci of the NASA-ATTREX project are the photochemistry, the microphysics of aerosols and cloud particles, and air mass transport into and within the tropical tropopause layer (TTL). The DOAS measurements aim to measure the vertical profiles in the TTL of ozone relevant species such as O3, HONO, NO2, C2H2O2, CH2O, O4, BrO, OClO, IO, and OIO, and of some microphysical properties aerosols and clouds, i.e., the particle phase function, Mie scattering extinction coefficient, the ice water path (IWP) and probably the ice water content (IWC). Together with complementary observations made by other instruments aboard the GH, the DOAS measurements may serve to particularily provide new insights into (a) the photochemistry of halogen oxides (OClO, BrO and IO) in the TTL, in particular on the contribution of so called halogenated Very Short Lived Species (VSLS) to the budgets of stratospheric halogens, (b) the impact of lightning produced NOx and HOx (NO2, and HONO) and other of radicals (c.f. CH2O, BrO, IO) to the oxidation capacity of air in the outflow region of deep convection, and (c) to the abundance and micro-physical properties of frozen aerosols and cloud particles in the upper tropical troposphere and TTL.
Das Projekt "Bestimmung des chemischen Abbaus der Stickoxide in der Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kernforschungsanlage Jülich GmbH, Institut für Chemie durchgeführt. Es wird vorgeschlagen, in einer Reihe von Feldmesskampagnen die wichtigsten in den NOx-Abbau eingehenden Spurenstoffe, insbesondere OH, zu messen, die Bedeutung der chemischen Reaktionspfade aufzuklaeren, daraus die Modellrechnung zu ueberpruefen und semiempirische Beziehungen fuer die OH-Konzentration sowie fuer die NOx-Abbaurate bzw. HNO3-Bildungsrate bei Tag und bei Nacht in Abhaengigkeit von den wichtigsten chemischen und physikalischen Parametern abzuleiten. Langfristig soll dann die schwierige und komplizierte direkte Bestimmung der chemischen NOx-Abbau- und HNO3-Bildungsraten ersetzbar gemacht werden durch das einfachere Messproblem, die Kohlenwasserstoffe, Ozon, NO2, sowie die Ultraviolettstrahlung von der Sonne zu ueberwachen. Messungen, wie sie auch von Ueberwachungsaemtern durchgefuehrt werden koennen.
Das Projekt "Auswirkungen der Oxidation auf aromatische Verbindungen in der Troposphaere - EXACT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Physikalische Chemie durchgeführt. Objective: Problems to be solved: Aromatic compounds are emitted to the atmosphere from transport and industrial sources and oxidised in the troposphere. This process has a substantial impact on the formation of ozone and of photochemical smog on a European scale, and on the oxidising capacity of the atmosphere and hence on global warming. The oxidation of aromatic compounds also leads to the formation of secondary aerosols, with impacts on health and on climate. A quantitative understanding of the chemical mechanisms for oxidation of the major aromatic compounds is needed for the construction of models for both predictive and legislative applications and for the assessment of environmental impact. Recent laboratory studies have demonstrated considerable uncertainties in our present understanding of the atmospheric oxidation of aromatics and have seriously questioned our ability to assess the atmospheric impact of aromatic compounds. The major aim of the project is a detailed laboratory investigation of the mechanism and the construction and application of a model, based on the experimental results, to assess the atmospheric impact of aromatic emissions on European and global scales. Scientific objectives and approach. The project consists of four main components: In the laboratory experiments, laser flash photolysis is used to probe the chemistry of the early stages of the oxidation process, using absorption spectroscopy. A key element is the behaviour of adducts formed by the addition of the hydroxyl radical to the aromatic compounds. The subsequent chemistry is probed using photochemical reactor studies, coupled with a range of analytical techniques, such as Fourier transform infra red spectroscopy and gas chromatography. A key component of the strategy is the synthesis of important intermediates to test the hypotheses that are developed. The overall description of the oxidation of the major volatile organic compounds emitted to the atmosphere is contained in a master chemical mechanisms (MCM). The experimental results allow revision of the aromatic component of the MCM, which is then used to design experiments to test the proposed mechanisms. These experiments are conducted in the European Photochemical Reactor (EUPHORE) at Valencia in Spain. The EUPHORE experiments are conducted under conditions close to those pertaining in the atmosphere and provide a credible test of the MCM and hence of the laboratory experiments. Crucial experiments include the yield of ozone in aromatic oxidation, but the extensive instrumentation in EUPHORE permits a wide range of detailed experimental checks on the MCM. In addition, other experiments allow investigation of the formation of secondary organic aerosol. Prime Contractor: University of Leeds, School of Chemistry; Leeds.
Das Projekt "Biogene Emissionen im Mittelmeerraum (BEMA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Objectives: Quantification and parameterisation of emission rates of C5 to C10 hydrocarbons from orange trees and from the soil in an orange plantation on the basis of key environmental and plant physiological parameters. - Quantification and parameterisation of emission rates of C5 to C10 hydrocarbons from Quercus ilex and Quercus coccifera in the autumn period of the year on the basis of key environmental and plant physiological parameters. - Determination of the 3D- variability of the surface temperature of a Q. ilex tree. - Determination of the leaf area index (LAI) and biomass index (BI) for Q. coccifera ecosystems. - Development of a chemical mechanism for the degradation of biogenic volatile organic compounds (BVOC) emitted by plants at the BEMA locations. - Intercomparison of canopy emission rates calculated by enclosure techniques and/or Gradient-/REA-technique. - Application and test of new chemical mechanisms for the degradation of BVOC in the troposphere in collaboration with the JRC group within three dimensional mesoscale models. Main Results Obtained: Buriana Field Experiment: In spring, near Buriana (Valencia area), Spain, cuvette measurements were performed to determine isoprenoid emission rates from orange trees and from the soil. The main compound emitted from orange twigs with flowers was myrcene with a maximum of 350 pmol m-2 s-1 (7755 ng g-1dw h-1) followed by limonene (58 pmol m-2 s-1 (1348 ng g-1dw h-1)). During night-time, isoprenoid emission was negligible. In a first screening study the emission rates from soil were investigated in an orange plantation. Isoprenoid emission rates from bare soil reached values of up to 323 pmol m-2 s-1 for limonene, followed by myrcene (22 pmol m-2 s-1) and alpha-pinene and beta-pinene/sabinene in traces. The emission rate from planted soil was in the same order.