TROPOS beteiligt sich seit vielen Jahren an nationalen und internationalen Wolken-Feldmesskampagnen, die Teil von Forschungsprojekten zur Untersuchung von Aerosol – Wolken – Wechselwirkungen in warmen Wolken sind. Ziele dieser Feldexperimente sind:

  • Identifizierung der chemischen und mikrophysikalischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln, die in der realen Atmosphäre Wolkentropfen bilden/nicht bilden (insbesondere in Abgrenzung zur künstlichen Aktivierung in sog. Kondensationskernzählern)
  • Quantifizierung der Verteilung atmosphärischer Aerosolsubstanzen auf die flüssige und interstitielle Phase
  • Bestimmung des Effekts der Wolkenprozessierung auf atmosphärische Aerosolpartikel, wie Änderung der chemischen Zusammensetzung und der Größe
  • Bereitstellung von Eingangs- und Validierungsparametern für Wolkenchemie und -mikrophysik Modelle
  • Untersuchung aller genannten Punkte für verschiedene Wolkentypen: orographische Wolken, tropische Passatwindwolken, kalte aber flüssige Strato-Kumuluswolken

Die experimentellen in-situ Wolken-Untersuchungen werden sowohl bodengebunden (d.h. vornehmlich auf Bergmessstationen) als auch flugzeuggetragen, durchgeführt. Dabei werden die Tropfen und das Zwischenraum-Aerosol mittels eines Gegenstrom-Impaktors (CVI) und eines interstitiellen Einlasses direkt in der Wolke getrennt gesammelt. Nach Abtrocknung der Tropfen im luftgetragenen Zustand innerhalb des CVI werden sowohl die Tropfenresiduen als auch die interstitiellen Partikel mikrophysikalisch (Anzahl, Größe, Morphologie, elektrische Ladung) und chemisch (Zusammensetzung, Mischungszustand) analysiert in Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen anderer Forschungsinstitute. Aktuelle Forschungsprojekte in der atmosphärische Wolken untersucht werden sind HCCT-2010,  ACRIDICON und  ACLOUD.

HCCT-2010: Hill Cap Cloud Thuringia, Schmücke, Deutschland, bodengebunden

Durch die Messung von mikrophysikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln vor der Wolke, in der Wolke (zu Tropfen aktivierte Residualpartikel und nicht aktivierte, interstitielle Partikel) und nach der Wolke soll zum einen untersucht werden, welche Aerosoltypen zur Wolkenbildung beitragen und welche nicht, und zum anderen wie aktivierte Aerosolpartikel durch Wolkenprozessierung verändert werden. Insbesondere geht es um die Frage, welche Übersättigungen in der realen Wolke existieren, die direkt nicht messbar, aber für Wolkenprozessmodellierung ein essentieller Parameter ist. Die soll durch einen Vergleich der größenaufgelösten Aktivierungsmessungen von Aerosolpartikeln in einer Wolkenkondensationskammer vor dem Wolkeneintritt mit denen in der realen Wolke (über die Größenverteilung der residualen und interstitiellen Partikel) herausgearbeitet werden.

Die Forschung in dem Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit gefördert (Förderkennzeichen ME 3534/1-2)

 Literatur:

Schneider, J., S. Mertes, D. van Pinxteren, H. Herrmann and S. Borrmann (2017), Uptake of nitric acid, ammonia, and organics in orographic clouds: Mass spectrometric analyses of droplet residual and interstitial aerosol particles, Atmos. Chem. Phys.17: 1571-1593, DOI: doi:10.5194/acp-17-1571-2017

Roth, A., J. Schneider, T. Klimach, S. Mertes, D. van Pinxteren, H. Herrmann and S. Borrmann (2016), Aerosol properties, source identification, and cloud processing in orographic clouds measured by single particle mass spectrometry on a Central European mountain site during HCCT-2010, Atmos. Chem. Phys.16(2): 505-524, DOI: doi:10.5194/acp-16-505-2016

van Pinxteren, D., K. W. Fomba, S. Mertes, K. Müller, G. Spindler, J. Schneider, T. Lee, J. L. Collett and H. Herrmann (2016), Cloud water composition during HCCT-2010: Scavenging efficiencies, solute concentrations, and droplet size dependence of inorganic ions and dissolved organic carbon, Atmos. Chem. Phys.16: 3185–3205, DOI: doi:10.5194/acp-16-3185-2016

Whalley, L. K., D. Stone, I. J. George, S. Mertes, D. van Pinxteren, A. Tilgner, H. Herrmann, M. J. Evans and D. E. Heard (2015), The influence of clouds on radical concentrations: Observations and modelling studies of HOx during the Hill Cap Cloud Thuringia (HCCT) campaign in 2010, Atmos. Chem. Phys.15: 3289-3301, DOI: doi:10.5194/acp-15-3289-2015

Harris, E., B. Sinha, D. van Pinxteren, J. Schneider, L. Poulain, J. Collett, B. D´Anna, B. Fahlbusch, S. Foley, K. W. Fomba, C. George, T. Gnauk, S. Henning, T. Lee, S. Mertes, A. Roth, F. Stratmann, S. Borrmann, P. Hoppe and H. Herrmann (2014), In-cloud sulfate addition to single particles resolved with sulfur isotope analysis during HCCT-2010, Atmos. Chem. Phys.14: 4219-4235, DOI: doi:10.5194/acp-14-4219-2014

Henning, S., K. Dieckmann, K. Ignatius, M. Schäfer, P. Zedler, E. Harris, B. Sinha, D. van Pinxteren, S. Mertes, W. Birmili, M. Merkel, Z. Wu, A. Wiedensohler, H. Wex, H. Herrmann and F. Stratmann (2014), Influence of cloud processing on CCN activation behavior in the Thuringian Forest, Germany during HCCT-2010, Atmos. Chem. Phys.14: 7859-7868, DOI: doi:10.5194/acp-14-7859-2014

Tilgner, A., L. Schöne, P. Bräuer, D. van Pinxteren, E. Hoffmann, G. Spindler, S. A. Styler, S. Mertes, W. Birmili, R. Otto, M. Merkel, K. Weinhold, A. Wiedensohler, H. Deneke, R. Schrödner, R. Wolke, J. Schneider, W. Haunold, A. Engel, A. Wéber and H. Herrmann (2014), Comprehensive assessment of meteorological conditions and airflow connectivity during HCCT-2010, Atmos. Chem. Phys.14(Special Issue: HCCT-2010: A complex ground-based experiment on aerosol-cloud interaction): 9105-9128, DOI: doi:10.5194/acp-14-9105-2014

Harris, E., B. Sinha, D. van Pinxteren, A. Tilgner, W. Fomba, J. Schneider, A. Roth, T. Gnauk, B. Fahlbusch, S. Mertes, T. Lee, J. Collett, S. Foley, S. Borrmann, P. Hoppe and H. Herrmann (2013), Enhanced role of transition metal ion catalysis during in-cloud oxidation of SO2, Science340(6133): 727-730, DOI: doi:10.1126/science.1230911

Spiegel, J. K., F. Aemisegger, M. Scholl, F. G. Wienhold, J. L. Collett Jr., T. Lee, D. van Pinxteren, S. Mertes, A. Tilgner, H. Herrmann, R. A. Werner, N. Buchmann and W. Eugster (2012), Temporal evolution of stable water isotopologues in cloud droplets in a hill cap cloud in central Europe (HCCT-2010), Atmos. Chem. Phys.12(23): 11679-11694, DOI: doi:10.5194/acp-12-11679-2012

Spiegel, J. K., F. Aemisegger, M. Scholl, F. G. Wienhold, J. L. Collett Jr., T. Lee, D. van Pinxteren, S. Mertes, A. Tilgner, H. Herrmann, R. A. Werner, N. Buchmann and W. Eugster (2012), Stable water isotopologue ratios in fog and cloud droplets of liquid clouds are not size-dependent, Atmos. Chem. Phys.12(23): 9855-9863, DOI: doi:10.5194/acp-12-9855-2012

ACRIDICON: Amazonien, Brasilien, flugzeuggetragen

Die wissenschaftlichen Ziele von ACRIDICON sind u. a. die Untersuchung der Aktivierung an der Wolkenbasis, die Wolkenprozessierung und des schnellen Vertikaltransports von Grenzschichtaerosolpartikeln in hochreichend konvektiven Wolkensystemen in den Tropen. Dabei soll auch eruiert werden ob ein Unterschied in sauberen und in durch Biomasseverbrennung verschmutzten Luftmassen existiert. Diese Messungen fanden im Herbst 2014 über dem brasilianischen Amazonasgebiet mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO statt. Dabei wurden über den HALO-CVI Einlass die Wolkenresiduen in verschiedenen Wolkenhöhen chemisch und mikrophysikalisch analysiert.

Dieses Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (Förderkennzeichen ME 3534/1-2)

 Literatur:

Andreae, M. O., A. Afchine, R. Albrecht, B. A. Holanda, P. Artaxo, H. M. J. Barbosa, S. Bormann, M. A. Cecchini, A. Costa, M. Dollner, D. Fütterer, E. Järvinen, T. Jurkat, T. Klimach, T. Konemann, C. Knote, M. Krämer, T. Krisna, L. A. T. Machado, S. Mertes, A. Minikin, C. Pöhlker, M. L. Pöhlker, U. Pöschl, D. Rosenfeld, D. Sauer, H. Schlager, M. Schnaiter, J. Schneider, C. Schulz, A. Spanu, V. B. Sperling, C. Voigt, A. Walser, J. Wang, B. Weinzierl, M. Wendisch and H. Ziereis (2018), Aerosol characteristics and particle production in the upper troposphere over the Amazon Basin, Atmos. Chem. Phys.18(2): 921-961, DOI: doi:10.5194/acp-18-921-2018

Schulz, C., J. Schneider, B. A. Holanda, O. Appel, A. Costa, S. S. de Sá, V. Dreiling, D. Fütterer, T. Jurkat-Witschas, T. Klimach, C. Knote, M. Krämer, S. T. Martin, S. Mertes, M. L. Pöhlker, D. Sauer, C. Voigt, A. Walser, B. Weinzierl, H. Ziereis, M. Zöger, M. O. Andreae, P. Artaxo, L. A. T. Machado, U. Pöschl, M. Wendisch and S. Borrmann (2018), Aircraft-based observations of isoprene-epoxydiol-derived secondary organic aerosol (IEPOX-SOA) in the tropical upper troposphere over the Amazon region, Atmos. Chem. Phys.18(20): 14979-15001, DOI: doi:10.5194/acp-18-14979-2018

Wendisch, M., U. Pöschl, M. O. Andreae, L. A. T. Machado, R. Albrecht, H. Schlager, D. Rosenfeld, S. T. Martin, A. Abdelmonem, A. Afchine, A. Araùjo, P. Artaxo, H. Aufmhoff, H. M. J. Barbosa, S. Borrmann, R. Braga, B. Buchholz, M. A. Cecchini, A. Costa, J. Curtius, M. Dollner, M. Dorf, V. Dreiling, V. Ebert, A. Ehrlich, F. Ewald, G. Fisch, A. Fix, F. Frank, D. Fütterer, C. Heckl, F. Heidelberg, T. Hüneke, E. Jäkel, E. Järvinen, T. Jurkat, S. Kanter, U. Kästner, M. Kenntner, J. Kesselmeier, T. Klimach, M. Knecht, R. Kohl, T. Kölling, M. Krämer, M. Krüger, T. C. Krisna, J. V. Lavric, K. Longo, C. Mahnke, A. O. Manzi, B. Mayer, S. Mertes, A. Minikin, S. Molleker, S. Münch, B. Nilius, K. Pfeilsticker, C. Pöhlker, A. Roiger, D. Rose, D. Rosenow, D. Sauer, M. Schnaiter, J. Schneider, C. Schulz, R. A. F. de Souza, A. Spanu, P. Stock, D. Vila, C. Voigt, A. Walser, D. Walter, R. Weigel, B. Weinzierl, F. Werner, M. A. Yamasoe, H. Ziereis, T. Zinner and M. Zöger (2016), Introduction of the ACRIDICON–CHUVA campaign studying tropical deep convective clouds and precipitation over Amazonia using the new German research aircraft HALO, Bull. Amer. Meteor. Soc.97(10): 1885-1908, DOI: doi:10.1175/BAMS-D-14-00255.1

ACLOUD: Spitzbergen, Arktis, flugzeuggetragen

Niedrige unterkühlte und Mischphasen Wolken werden verdächtigt beträchtlich zur verstärkten Erwärmung der Arktis beizutragen. Daher wird ein besseres Verständnis der Bildung und Langlebigkeit dieser arktischen Wolken benötigt. Eng verbunden mit der Wolkenbildung ist die Frage, auf welchen arktischen Aerosolpartikeln sich diese Wolken formen und was die Quellen dieser Wolkenkondensationskerne sind. Die wolkenbildenden Partikel können lokal innerhalb der Grenzschicht produziert, emittiert oder advektiert werden und erreichen die Wolkenbasis. Andererseits können auch in der freien Troposphäre von weit her transportierte Aerosolpartikel von oben in die Wolke eindringen und zur Tropfenbildung beitragen. Diese wissenschaftliche Fragestellung wird mithilfe des Polar 6 Forschungsflugzeugs des Alfred Wegener Instituts in der Messkampagne ACLOUD untersucht.

Dieses Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (DFG-SFB/TR 172, Projekt B03)

 Literatur:

Wendisch, M., A. Macke, A. Ehrlich, C. Lüpkes, M. Mech, D. Chechin, K. Dethloff, C. Barrientos, H. Bozem, M. Brückner, H.-C. Clemen, S. Crewell, T. Donth, R. Dupuy, K. Ebell, U. Egerer, R. Engelmann, C. Engler, O. Eppers, M. Gehrmann, X. Gong, M. Gottschalk, C. Gourbeyre, H. Griesche, J. Hartmann, M. Hartmann, B. Heinold, A. Herber, H. Herrmann, G. Heygster, P. Hoor, S. Jafariserajehlou, E. Jäkel, E. Järvinen, O. Jourdan, U. Kästner, S. Kecorius, E. M. Knudsen, F. Köllner, J. Kretzschmar, L. Lelli, D. Leroy, M. Maturilli, L. Mei, S. Mertes, G. Mioche, R. Neuber, M. Nicolaus, T. Nomokonova, J. Notholt, M. Palm, M. van Pinxteren, J. Quaas, P. Richter, E. Ruiz-Donoso, M. Schäfer, K. Schmieder, M. Schnaiter, J. Schneider, A. Schwarzenböck, P. Seifert, M. D. Shupe, H. Siebert, G. Spreen, J. Stapf, F. Stratmann, T. Vogl, A. Welti, H. Wex, A. Wiedensohler, M. Zanatta and S. Zeppenfeld (2018), The Arctic cloud puzzle: Using ACLOUD/PASCAL multi-platform observations to unravel the role of clouds and aerosol particles in Arctic amplification, Bull. Amer. Meteor. Soc.: submitted