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Estimate of diffusion parameters of aircraft exhaust plumes near the tropopause from nitric oxide and turbulence measurements

Schumann, Ulrich und Konopka, Paul und Baumann, Robert und Gerz, Thomas und Schlager, Hans und Schulte, Peter und Volkert, Hans (1995) Estimate of diffusion parameters of aircraft exhaust plumes near the tropopause from nitric oxide and turbulence measurements. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 100, Seiten 14147-14162. Wiley. ISSN 0148-0227.

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Offizielle URL: http://www.agu.org/journals/jb/

Kurzfassung

Horizontal and vertical plume scales and respective diffusivities for dispersion of exhaust plumes from airliners at cruising altitudes are determined from nitric oxide (NO) and turbulence data measured with the DLR Falcon research aircraft flying through the plumes. Ten plumes of known source aircraft were encountered about 5 to 100 min after emission at about 9.4 to 11.3 km altitude near the tropopause in the North Atlantic flight corridor at 8°W on three days in October 1993. The ambient atmosphere was stably stratified with bulk Richardson numbers greater than 10. The measured NO peaks had half widths of 500 to 2000 m with maximum concentrations up to 2.4 parts per billion by volume (ppbv), clearly exceeding the background values between 0.13 and 0.5 ppbv. For analysis the measured plumes are approximated by an analytical Gaussian plume model which accounts for anisotropic diffusion in the stably stratified atmosphere and for shear. Two methods are given to obtain diffusivity parameters from either the individual plume data or the set of all plume measurements. Using estimates of the emitted mass of NO per unit length, the vertical plume width is found to be 140 m on average. This width is related to mixing in the initial trailing vortex pair of the aircraft. The range of the plume data suggests vertical diffusivity values between 0 and 0.6 m<sup>2</sup>s<sup>-1</sup>. The turbulence data exhibit strong anisotropic air motions with practically zero turbulent dissipation and weak vertical velocity fluctuations. This implies very small vertical diffusivities. The horizontal diffusivity is estimated as between 5 and 20 m<sup>2</sup> s<sup>-1</sup> from the increase of horizontal plume scales with time. For constant diffusivities, shear dominates the lateral dispersion after a time of about 1 hour even for the cases with only a weak mean shear of 0.002 s<sup>-1</sup>.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/32042/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:LIDO-Berichtsjahr=1995,
Titel:Estimate of diffusion parameters of aircraft exhaust plumes near the tropopause from nitric oxide and turbulence measurements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schumann, UlrichDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Konopka, PaulDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumann, RobertDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerz, ThomasDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlager, HansDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schulte, PeterDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Volkert, HansDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1995
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:100
Seitenbereich:Seiten 14147-14162
Verlag:Wiley
ISSN:0148-0227
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aircraft pollution, turbulence, tropopause, nitric oxide
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:L VU - Luftverkehr und Umwelt (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L VU - Luftverkehr und Umwelt
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Schadstoffarmer Luftverkehr (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre
Hinterlegt von: DLR-Beauftragter, elib
Hinterlegt am:17 Jan 2008
Letzte Änderung:31 Jul 2019 19:17

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