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FORSCHUNG
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Überblick
Im Arbeitsbereich Multiphasenmodellierung werden in enger Kooperation mit dem Arbeitsbereich Laborexperimente komplexe Flüssigphasenmechanismen zur Modellierung von physiko-chemischen Mehrphasenprozessen in Wolkentröpfchen und deliqueszenten Aerosolpartikeln entwickelt und in numerischen Modellen angewendet. Den Schwerpunkt der Modellanwendungen bildet hierbei die Untersuchung von wolkenchemischen Oxidationsprozessen und deren Wirkung auf das troposphärische Oxidationsbudget. Zur Modellierung des komplexen troposphärischen Mehrphasensystems wird sowohl ein spektrales 0-dimensionales Boxmodell als auch das Luftpaketmodell SPACCIM (SPectral Aerosol Cloud Chemistry Interaction Model; Wolke et al., 2005) genutzt. Diese beiden numerischen Modelle wurden in der Abteilung Modellierung des Institutes entwickelt. Der derzeitig verwendete Mehrphasenchemiemechanismus besteht aus einem erweiterten RACM-MIM2 Gasphasenmechanismus (Karl et al., 2006; Tilgner et al., 2008) mit 281 Gasphasenreaktionen und dem Flüssigphasenmechanismus CAPRAM (Chemical Aqueous Phase Radical Mechanism) mit 777 Flüssigphasenreaktionen in der aktuellsten Version CAPRAM 3.0 (Herrmann et al., 2005). Der Phasentransfer von derzeit 52 löslichen Spurenstoffen ist nach dem Ansatz von Schwartz (1986; In: Jaeschke, W. (Ed.), Chemistry of Multiphase Atmospheric Systems, NATO ASI Series, Springer, Berlin, pp. 415-471) im Mechanismus implementiert.
Bei der Flüssigphasenchemie wird besonderer Wert auf chemische Prozesse von Radikalen bzw. Radikalanionen (NO3, OH, SO4-, Cl2-, Br2-, CO3- sowie Peroxyradikalen) und organischen Verbindungen in der wässrigen Phase gelegt. Im Gegensatz zu anderen existierenden Flüssigphasenmechanismen werden in CAPRAM 3.0 neben der C1 und C2 - Chemie auch Reaktionen von organischen Verbindungen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen (Alkohole, Carbonyle, Carbonsäuren) berücksichtigt. Im Mechanismus ist außerdem ein detailliertes Reaktionsschema der Schwefel(IV) Oxidation durch Radikale, Übergangsmetalle (Eisen, Kupfer, Mangan), Peroxyde und Ozon integriert.
Neben dem Basismechanismus von CAPRAM wurde ein weiteres Reaktionsmodul entwickelt, das zusätzlich Radikalreaktionen halogenhaltiger Spezies in beiden Phasen enthält. In der Literatur wurde gezeigt, dass die Reaktivität des Chloratoms in der Gasphase vergleichbar ist mit derjenigen des OH-Radikals, so dass die Oxidationskapazität der marinen Troposphäre durchaus signifikant von der Freisetzung halogenhaltiger Spezies aus Aerosolen oder Wolken beeinflusst werden kann.
Detailliertere Informationen, entsprechende Referenzen sowie alle verfügbaren Mechanismen und Reaktionsmodule werden auf der CAPRAM - Webseite zur Nutzung zur Verfügung gestellt. Ferner sind Kommentare und ggf. Korrekturen dort zu finden.
Weitere Informationen zur Multiphasenmodellierung mit CAPRAM.
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Letzte Änderung: 2009-01-19
