Charakterisierung von Verschmutzungsaerosolen bezüglich der mikrophysikalischen Eigenschaften in Europa und Asien während der EMeRGe-Kampagne

Kurzfassung

Die Prozesse von anthropogenen Aerosolen und ihr Beitrag zur anthropogenen Erwärmung sind immer noch mit großen Unsicherheiten verbunden. Um diese Unsicherheiten zu minimieren, sind gezielte Messungen zur Charakterisierung der Verschmutzungsaerosole nötig, welche dann für die Validierung und Verbesserung der Parametrisierungen in den Modellen herangezogen werden können. Die Abhängigkeit der mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften in Bezug auf die Quellregionen, aber auch der Einfluss der Alterung und des Transports auf die Größenverteilungen sind wichtige offene Fragen. Vor allem für die Untersuchung der Transportprozesse sind Messungen auf großen Skalen und auf einer gewissen Höhe nötig, sodass Bodenmessstationen nicht dafür geeignet sind diese Messungen durchzuführen. Dies ist der Grund für die Durchführung der EMeRGe-Kampagne (Effect of Megacities on the Transport and Transformation of Pollutants on the Regional to Global Scales) mit dem Forschungsflugzeug HALO in Europa im Sommer 2017 und in Südostasien im Frühling 2018, bei welcher die Abgasfahnen von Megacitys beprobt wurden. Mit dem „Aerosol Measuring System“ (AMETYST) wurden während dieser Kampagne die Gesamtanzahlkonzentration der Aerosolpartikel im Größenbereich von 10 nm bis 3 µm, die Anzahlkonzentration in verschiedenen Größenkanälen und die Absorptionskoeffizienten für drei verschiedene Wellenlängen gemessen. Da AMETYST bisher nicht vollständig charakterisiert wurde, war es nötig zunächst eine umfassende Charakterisierung und Kalibrierung vor der Datenauswertung durchzuführen, damit mögliche Fehlerquellen berücksichtigt und wenn möglich korrigiert werden können. Für die Beantwortung der Frage, in wie fern sich die mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften bei unterschiedlichen Quellregionen unterscheiden, wurden die Messungen in den Abgasfahnen der beiden Megacitys London und Manila herangezogen. Ein Vergleich der Gesamtanzahlkonzentrationen ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Städten, jedoch waren die Größenverteilungen von der Beprobung der Abgasfahne von Manila signifikant hin zu größeren Partikeldurchmessern verschoben und die Absorptionskoeffizienten waren deutlich höher. Es wurden also durchaus wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Quellregionen Europa und Südostasien hinsichtlich der mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften gemessen. Wie sich die Transport- und Alterungsprozesse auf die mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften auswirken, wurde durch Messungen an der Westküste von Taiwan untersucht. Dort konnten sowohl lokale Emissionen als auch ferntransportierte Emissionen, wie etwa vom asiatischen Festland, vermessen werden. Bei den lokalen Emissionen konnten im Mittel eine höhere Gesamtanzahlkonzentration als bei den transportierten Emissionen gemessen werden, aber beim Vergleich der Größenverteilungen der beiden Emissionstypen gab es keinen signifikanten Unterschied. Dies liegt daran, dass die lokale Verweildauer der Luftmassen länger war als erwartet, sodass die transportierten Emissionen teilweise jünger waren. Eine Unterscheidung nur anhand der Quelle war damit nicht möglich. Aber die Alterungsprozesse, welche meist für ein Anwachsen der Partikel sorgen, konnten beim Vergleich der jungen und alten Emissionen in den Größenverteilungen nachgewiesen werden. Die hier vorgestellten Messungen der mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften von Megacitys und an der Westküste von Taiwan helfen anthropogene Emissionsquellen besser zu verstehen und die Transport- und Alterungsprozesse von Aerosolpartikeln zu quantifizieren. Die Datenbasis zur Validierung und Verbesserung der Modellparametrisierungen wird dadurch erhöht.