Massenspektrometrische Wasserdampfmessung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Abstract

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung des flugzeuggetragenen Atmosphärischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS-H2O zur Messung von Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) und erste Flugzeugmessungen mit dem Instrument. Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre und die bestehenden Unsicherheiten in dessen Messung limitieren das Verständnis seines Einflusses auf die Dynamik und die Strahlungseigenschaften in der UTLS. Das Messprinzip von AIMS-H2O basiert auf der Ionisation von Luft in einer neuartigen Gasentladungsquelle und dem anschließenden Nachweis von H3O+(H2O)n-Ionen (n=1,2). Um die erforderliche hohe Genauigkeit zu erzielen, wird AIMS-H2O mit einem neu entwickelten Kalibrationsmodul im Flug kalibriert. Das Instrument kam auf dem Forschungsflugzeug Falcon während CONCERT 2011 erstmals zum Einsatz. Anhand zweier Fallstudien konnte sowohl die Eignung von AIMS-H2O zur Messung sehr niedriger stratosphärischer Feuchten als auch für Messung in Kondensstreifen und Zirren gezeigt werden. In jungen Kondensstreifen zeigen die Messungen, dass die hohe Konzentration der Eispartikel zu einer schnellen Relaxation der relativen Feuchte in Richtung Sättigung führt. In Zukunft wird AIMS-H2O auf HALO für die Messung von Wasserdampf bei ML-CIRRUS und weiteren Kampagnen eingesetzt.