LACIS

Der "Leipziger Aerosol and Cloud Interaction Simulator" (LACIS, Stratmann et al. (2004), Hartmann et al. (2011)) ist ein Multifunktionsgerät zur Untersuchung atmosphärenrelevanter Wechselwirkungen zwischen Aerosolpartikeln und Wolkentropfen unter wohldefinierten Laborbedingungen. Die Forschungsarbeiten an LACIS zielen auf die Erlangung von grundlegendem Prozessverständnis und sind als komplementär zu Feldmessungen anzusehen.

Themen die bisher behandelt wurden sind das hygroskopische Wachstum von Aerosolpartikeln, die Aktivierung von Aerosolpartikeln zu Wolkentropfen, und das heterogene Gefrieren von Wolkentropfen. Für die Zukunft wäre die Untersuchung von z.B. Uptakeprozessen an Eispartikeln vorstellbar.

LACIS selbst ist ein aufrecht stehendes laminares Strömungsrohr. Zur Partikeldetektion und Quantifizierung der Messergebnisse sind am TROPOS entwickelte optische Partikelgrößensprektrometer am Ausgang der Strömungsrohres installiert  (Kiselev et al. (2005) und Clauss et al. (2013)). Monodisperse Aerosolpartikel werden LACIS zugeführt so dass sich in der Rohrmitte ein von Schleierluft umhüllter Aerosolstrahl ausbildet. Temperatur und Feuchte des Aerosols und der Schleierluft, sowie die Wandtemperaturen sind mit hoher Genauig- und Reproduzierbarkeit in weiten Bereichen einstellbar. Zur Untersuchung von hygrokopischen Partikelwachstumsprozessen können in LACIS relative Feuchten von bis zu 99% betrachtet werden.

Alternativ können auch relative Feuchten größer 100% (übersättigte Bedingungen) eingestellt werden. Dies ermöglicht die Untersuchung der Aktivierung von Partikeln zu Wolkentropfen. Für einige Experimente wird LACIS gemeinsam mit einem CCNc (Cloud Condensation Nuclei counter) verwendet. Zuweilen wird auch ein HTDMA (Hygroscopicity Tandem Differential Mobility Analyzer) zur Vervollständigung der gewonnenen Datensätze eingesetzt.

Zur Untersuchung von Tropfengefrierprozessen, und hierbei speziell dem Immersionsgefrieren, wird die 7 Meter lange Version von LACIS (siehe Abbildung) eingesetzt. Hierzu werden Aerosolpartikel zunächst zu Wolkentropfen aktiviert und dann durch weitere Temperaturabsenkung unterkühlt und schließlich gefroren. Die gefrorene Tropfenfraktion wird am Ausgang von LACIS über die Depolarisation von Laserlicht bestimmt (Clauss et al. (2013)).

Literatur:

  • Clauss et al. (2013), Application of linear polarized light for the discrimination of frozen and liquid droplets in ice nucleation experiments, Atmos. Meas. Tech., 6, 1041-1052.
  • Hartmann et al. (2011), Homogeneous and heterogeneous ice nucleation at LACIS: Operating principle and theoretical studies, Atmos. Chem. Phys., 11, 1753–1767.
  • Kiselev et al. (2005), White-light optical particle spectrometer for in situ measurement of condensational growth of aerosol particles, Appl. Opt., 44 (22), 4693-4701.
  • Stratmann et al. (2004), Laboratory studies and numerical simulations of cloud droplet formation under realistic super-saturation conditions, J. Atmos. Oceanic Technol., 21, 876-887.