Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Si Fuqi vom Hefei Institute of Physical Science (HFIPS) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat eine neue Methode entwickelt, um troposphärische Ozonprofile abzurufen. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in veröffentlicht Wissenschaft der gesamten Umwelt.
Ozon ist an verschiedenen chemischen Umwandlungsprozessen der Luftverschmutzung beteiligt und ein typischer Sekundärschadstoff, insbesondere in städtischen Gebieten. Eine genaue Überwachung der Ozonkonzentration an der Oberfläche und der vertikalen Verteilung ist wichtig, um die Prävention und Kontrolle der Ozonverschmutzung zu verbessern.
Die mehrachsige differentielle optische Absorptionsspektroskopie (MAX-DOAS) ist eine passive optische Überwachungstechnik, die den Nachweis von Mehrkomponenten-Spurengasen ermöglicht. Allerdings macht die starke Absorption von stratosphärischem Ozon das Abrufen von troposphärischen Ozonprofilen mit der MAX-DOAS-Technik zu einer sehr herausfordernden Aufgabe.
In dieser Studie setzten Associate Prof. Luo Yuhan und Dr. Qian Yuanyuan vom HFIPS MAX-DOAS-Messungen auf innovative Weise ein, um troposphärische Ozonprofile zu erhalten. Sie wendeten die Methoden in einem SCIATRAN-Strahlungstransfermodell an, um den Einfluss der stratosphärischen Absorption auf das Abrufen dieser Profile zu bestimmen.
Dank des optimalen Schätzalgorithmus erhielten die Forscher die genaue Absorption von Ozon in der Troposphäre und zuverlässige Ozonprofile in der Troposphäre.
Die Inversionsmethode war laut dem Team genau. Sie haben damit während der PRIDE-GBA-Kampagne troposphärische Ozonkonzentrationen erhalten.
Sie ermittelten Ozon-Differenzialdichten in geneigten Säulen unter Verwendung des „zeitinterpolierten Zenitspektrums“ als Referenzspektrum. Durch Subtrahieren der simulierten stratosphärischen Ozon-Differenzial-Neigungssäulendichten berechneten sie die genauen troposphärischen Ozon-Differenzial-Neigungssäulendichten, die anhand des SCIATRAN-Modells simuliert wurden.
„Wir haben das beobachtete Ozonprofil und die Ozonkonzentrationen an der Oberfläche mit Lidar- und In-situ-Messungen verglichen“, sagte Luo, „die Ergebnisse waren stark korreliert.“
Diese Studie erweitert die Anwendungsszenarien des MAX-DOAS-Instruments und bietet eine neue Lösung zur Untersuchung des Mechanismus der troposphärischen Ozonbildung.
Kombiniert mit den aus den MAX-DOAS-Messungen gewonnenen NO2- und HCHO-Profilen können die Mechanismen der regionalen troposphärischen Ozonbelastung genauer analysiert werden. Gleichzeitig werden die Kosten für Beobachtung und Instrumentenwartung stark reduziert.
Yuanyuan Qian et al, Abruf von troposphärischen Ozonprofilen mit bodengestütztem MAX-DOAS, Wissenschaft der gesamten Umwelt (2022). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.159341