Virtueller Gegenstrom-Impaktor (CVI)

CVI-Funktionsprinzip

Am TROPOS sind verschiedene Gegenstrom-Impaktoren (engl. Counterflow Virtual Impactor, CVI) zur in-situ Sammlung von Wolkentropfen und Eispartikeln und gleichzeitiger Abtrennung von nicht aktivierten Partikeln entwickelt und aufgebaut worden. Mit den verschiedenen CVI Systemen wurden wesentliche Beiträge in Forschungsvorhaben zur Tropfenaktivierung (Tropfenaktivierung) und Eiskeimen (Eiskeime) in realen Wolken geleistet. Das Funktionsprinzip des CVI basiert auf der virtuellen Impaktion der Wolkenpartikel auf einen künstlich erzeugten Gegenstrom, der aus der Einlassspitze entgegen der Sammelrichtung strömt. Dadurch wird verhindert, dass die gesamte Gasphase und die kleineren interstitiellen Partikel in den CVI gelangen, während die größeren Wolkenpartikel (Tropfen, Eispartikel) aufgrund ihrer höheren Trägheit den Gegenstrom überwinden und gesammelt werden. Dabei gelangen die Wolkenpartikel in eine trockene und partikelfreie Trägerluft was zu einer kompletten Verdunstung, der Wasser- bzw. Eisphase führt. Auf diese Weise werden trockene Tropfen- oder Eispartikelresiduen freigesetzt, die als Wolkenkondensations- oder Eiskeime interpretiert und mikrophysikalisch und chemisch analysiert werden können.

  • Aufbau bodengebundener CVI für HCCT-2010 auf der Schmücke (Thüringer Wald), Quelle: Stephan Mertes/TROPOS

  • Aufbau bodengebundener CVI für PRADACS auf dem East Peak (Puerto Rico), Quelle: Stephan Mertes/TROPOS

  • Aufbau bodengebundener CVI für ACRIDICON-Zugspitze auf dem Schneefernerhaus (bayr. Alpen), Quelle: Stephan Mertes/TROPOS

  • Aufbau bodengebundener Ice-CVI für INUIT auf dem Jungfraujoch (Schweizer Alpen), Quelle: Stephan Mertes/TROPOS

  • Flugzeuggetragener CVI für warme Wolken und kleine Flugzeuge, Quelle: enviscope GmbH

  • Flugzeuggetragener CVI montiert auf HALO (HALO-CVI), Quelle: Andreas Minikin/DLR

Um die wissenschaftliche Aussagekraft in Wolken-Feldexperimenten zu erhöhen wird neben dem CVI ein komplementärer interstitieller Einlass zur parallelen Sammlung und Charakterisierung der nicht aktivierten Partikel und der Gasphase betrieben. Die am TROPOS vorhandenen CVI Versionen sind:

Literatur:

  • Mertes, S., K. Lehmann, A. Nowak, A. Massling and A. Wiedensohler (2005a). "Link between aerosol hygroscopic growth and droplet activation observed for hill-capped clouds at connected flow conditions during FEBUKO." Atmospheric Environment 39(23-24): 4247-4256.
  • Mertes, S., D. Galgon, K. Schwirn, A. Nowak, K. Lehmann, A. Massling, A. Wiedensohler and W. Wieprecht (2005b). "Evolution of particle concentration and size distribution observed upwind, inside and downwind hill cap clouds at connected flow conditions during FEBUKO." Atmospheric Environment 39(23-24): 4233-4245.
  • Mertes, S., B. Verheggen, S. Walter, P. Conolly, M. Ebert, J. Schneider, K. N. Bower, J. Cozic, S. Weinbruch, U. Baltensperger and E. Weingartner (2007). "Counterflow virtual impactor based collection of small ice particles in mixed-phase clouds for the physico-chemical characterization of tropospheric ice nuclei: Sampler description and first case study." Aerosol Science and Technology 41(9): 848- 864, doi:10.1080/02786820701501881.

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