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The influence of extratropical cross-tropopause mixing on the correlation between ozone and sulfate aerosol in the lowermost stratosphere

Joppe, Philipp und Schneider, Johannes und Kaiser, Katharina und Fischer, Horst und Hoor, Peter und Kunkel, Daniel und Lachnitt, Hans-Christoph und Marsing, Andreas und Röder, Lenard und Schlager, Hans und Tomsche, Laura und Voigt, Christiane und Zahn, Andreas und Borrmann, Stephan (2024) The influence of extratropical cross-tropopause mixing on the correlation between ozone and sulfate aerosol in the lowermost stratosphere. Atmospheric Chemistry and Physics, 24 (13), Seiten 7499-7522. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-24-7499-2024. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
15MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.5194/acp-24-7499-2024

Kurzfassung

The chemical composition of the upper troposphere/lower stratosphere region (UTLS) is influenced by horizontal transport of air masses, vertical transport within convective systems and warm conveyor belts, rapid turbulent mixing, as well as photochemical production or loss of species. This results in the formation of the extratropical transition layer (ExTL), which is defined by the vertical structure of CO and has been studied until now mostly by means of trace gas correlations. Here, we extend the analysis to include aerosol particles and derive the sulfate ozone correlation in central Europe from aircraft in situ measurements during the CAFE-EU (Chemistry of the Atmosphere Field Experiment over Europe)/BLUESKY mission. The mission probed the UTLS during the COVID-19 period with significantly reduced anthropogenic emissions. We operated a compact time-of-flight aerosol mass spectrometer (C-ToF-AMS) to measure the chemical composition of non-refractory aerosol particles in the size range from about 40 to 800 nm. In our study, we find a correlation between the sulfate mass concentration and O3 in the lower stratosphere. The correlation exhibits some variability exceeding the mean sulfate ozone correlation over the measurement period. Especially during one flight, we observed enhanced mixing ratios of sulfate aerosol in the lowermost stratosphere, where the analysis of trace gases shows tropospheric influence. However, back trajectories indicate that no recent mixing with tropospheric air occurred within the last 10 d. Therefore, we analyzed volcanic eruption databases and satellite SO2 retrievals from the TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) for possible volcanic plumes and eruptions to explain the high amounts of sulfur compounds in the UTLS. From these analyses and the combination of precursor and particle measurements, we conclude that gas-to-particle conversion of volcanic SO2 leads to the observed enhanced sulfate aerosol mixing ratios.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205151/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The influence of extratropical cross-tropopause mixing on the correlation between ozone and sulfate aerosol in the lowermost stratosphere
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Joppe, PhilippUniversity Mainz, Germanyhttps://orcid.org/0009-0009-0166-1146NICHT SPEZIFIZIERT
Schneider, JohannesMPI, MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaiser, KatharinaUniversity Mainz, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-3162-2502NICHT SPEZIFIZIERT
Fischer, HorstMPI Chemie, MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoor, PeterUniversity Mainz, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-6582-6864NICHT SPEZIFIZIERT
Kunkel, DanielUniversity Mainz, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-9652-0099NICHT SPEZIFIZIERT
Lachnitt, Hans-ChristophUniv. Mainz, MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marsing, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5006-2133NICHT SPEZIFIZIERT
Röder, LenardMPI-CNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlager, HansDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tomsche, LauraDLR/University MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Zahn, AndreasKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Borrmann, StephanUniversity Mainz, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-4774-9380NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Juli 2024
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:24
DOI:10.5194/acp-24-7499-2024
Seitenbereich:Seiten 7499-7522
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:sulfur, SO2, sulfate aerosol, lower stratosphere, volcanic aerosol
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AI - Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Klima, Wetter und Umwelt
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Hinterlegt von: Voigt, Dr.rer.nat. Christiane
Hinterlegt am:08 Jul 2024 08:10
Letzte Änderung:09 Jul 2024 13:14

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