Centre for
Atmospheric Science
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Das European Arctic Stratospheric Ozone Experiment (EASOE) war eine größere europäische Kampagne zur Untersuchung der Polarregionen während des Winters 1991/92. Trotz zahlreicher neuer Erkenntnisse blieben etliche Fragen offen:
Man vermutete stark, daß auch in mittleren Breiten FCKWs and Bromverbindungen, die als Ozonzerstörer bekannt waren, eine Rolle spielten, jedoch blieben zahlreiche Ungewißheiten.
1994 und 1995 führten europäische Wissenschaftler SESAME (Second European Stratospheric Arctic and Mid-latitude Experiment) durch. Sie untersuchten Prozesse sowohl in hohen als auch in mittleren Breiten sowie deren Verknüpfung. Zur gleichen Zeit betrachtete eine von den Vereinigten Staaten angeführte Expedition ähnliche Vorgänge in der Südhemisphäre.
Die jüngste europäische Kampagne THESEO (THird European Stratospheric Experiment on Ozone) umfaßt die Jahre 1997-1999. Wissenschaftler aus vielen europäischen Staaten, darunter einige von hier, arbeiten gemeinsam an einer Reihe von Experimenten zur Bestimmung der Prozesse, die für Ozonvernichtung in der unteren Stratosphäre in mittleren Breiten über der Nordhemisphäre verantwortlich sind.
Die Webseite des European Ozone Reserach Coordinating Unit enthält Details zum THESEO-Programm. Dort können Sie mehr über geplante Missionen, Pressemitteilungen sowie den jüngsten Bericht der UK Stratospheric Ozone Review Group erfahren.
Der Großteil der Forschung hier am Centre for Atmospheric Science involviert diverse Computermodelle der Atmosphäre. Diese Modelle verfrachten (oder advergieren) chemische Species über den Globus unter Benutzung bekannter oder berechneter Wettererscheinungen - Winde, Temperaturen und Drücke. Die Geschwindigkeit zahlreicher chemischer Reaktionen hängt von Temperatur, Druck und im Falle photolytischer Prozesse der Position der Sonne ab. Bei jedem Zeitschritt des Modells sagt der Computercode voraus, welche chemischen Veränderungen auftreten. Hierfür werden die diese Reaktionen repräsentierenden Gleichungen gelöst.
Die unten angeführte Skizze vermittelt einen Eindruck von den verschiedenen Bestandteilen solcher Computermodelle und wie die Abfolge von Ereignissen aussieht, welche das Modell auf dem Computer ausführt. Solche Modelle sind häufig sehr komplex und erfordern viele Personenjahre an Entwicklung.
Es gibt verschiedene Klassen von Modellen:
Box Models (Kastenmodelle) befassen sich nur mit einem einzelnen Punkt der Atmosphäre. Solche Modelle sind verhältnismäßig einfach zu entwickeln und laufen auf einem PC oder einer Workstation. Der Vorteil dieser Modelle liegt darin, daß man sehr komplizierte chemische Reaktionen integrieren kann, da nur die Chemie eines einzelnen Punktes betrachtet wird. Dies ist nützlich beim Vergleich von Modellsimulationen mit Messungen in idealisierten Fällen sowie auch bei der Entwicklung einfacherer chemischer Schemata zum Einsatz in mehrdimensionalen Modellen.Trajektorien-Modelle stellen die nächste Stufe nach den Kastenmodellen dar. Im wesentlichen ist ein Trajektorienmodell ein 'sich bewegendes Kastenmodell'. Die Trajektorie eines Punkts (oder mehrerer Punkte) berechnet man mittels bekannter Windfelder. Die Chemie bestimmt man dann für alle Punkte entlang des Weges, welchen das Luftpaket verfolgt hat. Diese Art von Modell ist sehr nützlich zur Bestimmung der chemischen Eigenschaften von Luft über Beobachtungsstationen. Indem man sehr viele chemische Trajektorienmodelle laufen läßt, beginnt man möglicherweise auch, ein dreidimensionales Bild der Chemie der Atmosphäre zu entwickeln.
Dreidimensionale Modelle nutzen die traditionelle Methode, das Atmosphärensystem auf einem Gitter von Längen- und Breitenkreisen sowie Schichten in der Vertikalen (Flächen konstanter Potentieller Temperatur oder Druck) zu simulieren. Solche Modelle beinhalten eine realistische Wiedergabe der Bewegung oder der Meteorologie der Luft sowie sonstiger Prozesse wie Wolken, Sonnenstrahlung usw. Gewissermaßen kann man sich ein solches 3D-Modell als Gitter von Kastenmodellen vorstellen, wobei sich die Luft durch die Kästen hindurch bewegt. Infolge der Vielzahl der Gitterpunkte kann man die komplexe Chemie eines Kastenmodells nicht mehr benützen, da diese die Rechner überfordern würde. Tatsächlich erfordern die 3-D Chemiemodelle der Atmosphäre die größten verfügbaren Hochleistungsrechner überhaupt. In Großbritannien benutzen wir den Cray-Supercomputer und den Fujitsu-Supercomputers des Rutherford Appleton Laboratory in Oxford.
Die folgenden Grafiken vergleichen Ergebnisse des TOMCAT (Gitter-)Modells mit TOMS Satellitendaten vom Anfang des antarktischen Frühjahrs - die ASHOE-Kampagne. Wir haben TOMCAT mit einer Auflösung von ungefähr 5 mal 5 Grad betrieben. Nachfolgende Studien setzten weitaus höhere Auflösungen ein.
Das TOMS-Instrument benützt rückgestreutes Sonnenlicht für seine Messungen; entsprechend sind die Daten im antarktischen Winter unvollständig. Die hier dargestellten Daten kamen vom Satelliten Meteor 3. Für weitere Informationen zu TOMS bitte hier klicken.
| Vergleich von Modellresultaten und Satellitendaten | ||
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| Tag 20 (11. September '94) | Tag 40 (1. Oktober '94) | Tag 56 (17. Oktober '94) |
Das Modell-Säulenozon ist dem vom Satelliten beobachteten sehr ähnlich. Über dem antarktischen Kontinent im Gebiet der chemischen Zerstörung treten niedrige Werte des Ozons auf. Entlang der Grenze des Wirbels zwischen 30 Grad S und 60 Grad S sind die Werte höher, als Folge des Transports von Ozon aus der Produktionsregion in den Tropen.
Weitere Internet-Links zum Ozon finden Sie hier.
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© 1999.
Centre for Atmospheric Science, Universität Cambridge, GB.
Text und Graphiken dürfen nur mit ausdrücklicher schriftlicher Genehmigung benutzt oder vervielfältigt werden.
Entwurf und Unterhalt:
Dr. Glenn Carver.
Ursprüngliches Konzept and Design Owen Garrett.
Deutsche Übersetzung: Dr. Olaf Morgenstern
