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Authors: Traub, Michael Andreas
Title: Lagrangian transport evaluation of atmospheric chemistry in the Mediterranean region
Online publication date: 1-Dec-2004
Language: english
Abstract: Global observations of the chemical composition of the atmosphere are essential for understanding and studying the present and future state of the earth's atmosphere. However, by analyzing field experiments the consideration of the atmospheric motion is indispensable, because transport enables different chemical species, with different local natural and anthropogenic sources, to interact chemically and so consequently influences the chemical composition of the atmosphere. The distance over which that transport occurs is highly dependent upon meteorological conditions (e.g., wind speed, precipitation) and the properties of chemical species itself (e.g., solubility, reactivity). This interaction between chemistry and dynamics makes the study of atmospheric chemistry both difficult and challenging, and also demonstrates the relevance of including the atmospheric motions in that context. In this doctoral thesis the large-scale transport of air over the eastern Mediterranean region during summer 2001, with a focus on August during the Mediterranean Intensive Oxidant Study (MINOS) measurement campaign, was investigated from a lagrangian perspective. Analysis of back trajectories demonstrated transport of polluted air masses from western and eastern Europe in the boundary layer, from the North Atlantic/North American area in the middle end upper troposphere and additionally from South Asia in the upper troposphere towards the eastern Mediterranean. Investigation of air mass transport near the tropopause indicated enhanced cross-tropopause transport relative to the surrounding area over the eastern Mediterranean region in summer. A large band of air mass transport across the dynamical tropopause develops in June, and is shifted toward higher latitudes in July and August. This shifting is associated with the development and the intensification of the Arabian and South Asian upper- level anticyclones and consequential with areas of maximum clear-air turbulence, hypothesizing quasi-permanent areas with turbulent mixing of tropospheric and stratospheric air during summer over the eastern Mediterranean as a result of large-scale synoptic circulation. In context with the latex knowledge about the transport of polluted air masses towards the Mediterranean and with increasing emissions, especially in developing countries like India, this likely gains in importance.
Globale Beobachtungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre sind wichtig für das Verstehen und Untersuchen des Zustandes der Erdatmosphäre in Gegenwart und Zukunft. Bei der Analyse von Feldexperimenten ist es jedoch unabkömmlich, die Luftbewegungen in der Atmosphäre zu berücksichtigen, da der Transport die Wechselwirkung verschiedener chemischer Spezies mit voneinander entfernten natürlichen und anthropogenen Quellen ermöglicht und so die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre beeinflußt. Die Transportentfernung ist dabei von den meteorologischen Bedingungen (z.B. Windgeschwindigkeit, Niederschlag) und den Eigenschaften der chemischen Spezies selber (z.B. Löslichkeit, Reaktivität) abhängig. Diese Wechselwirkung zwischen Chemie und Dynamik macht das Studium der Atmosphärenchemie kompliziert, zeigt aber auch die Wichtigkeit der Berücksichtigung der Dynamik in diesem Kontext. Diese Arbeit befaßt sich mit dem großräumigen Luftmassentransport über dem östlichen Mittelmeer im Sommer 2001, mit besonderem Blick auf den Zeitraum der MINOS Meßkampagne im August, aus lagranger Sichtweise. Eine Trajektorienanalyse zeigte, daß in der planetaren Grenzschicht verschmutzte Luftmassen aus West- und Osteuropa, in der freien und oberen Troposphäre vom Nord Atlantik und aus Nord Amerika in Richtung der östlichen Mittelmeerregion während des Sommers transportiert wurden. In der oberen Troposphäre wurde zusätzlich noch der Einfluss von Luft aus Südasien festgestellt. Die Untersuchung des Luftmassentransports nahe der Tropopause wies den östlichen Mittelmeerraum im Vergleich zu den umliegenden Gebieten als Region mit erhöhtem Troposphären - Stratosphären Transport während des Sommers aus. So entsteht ein großräumiges Gebiet mit verstärktem Luftmassentransport durch die Tropopause im Juni, und verlagert sich nordwärts im Juli und August. Diese Verschiebung wird mit der Entwicklung und Verstärkung der Arabischen und Südasiatischen Antizyklonen in der oberen Troposphäre und als Folge dessen mit starken Turbulenzen in Verbindung gebracht. Dies führt zur Annahme der Existenz von quasi-permanenten Regionen mit turbulenter Mischung von troposphärischer und stratosphärischer Luft in Folge der großräumigen Zirkulation über dem östlichen Mittelmeerraum während des Sommers. Diese Erkenntnis gewinnt im Zusammenhang mit dem Wissen über den Transport verschmutzter Luftmassen in Richtung des Mittelmeerraumes und dem Anstieg der Emissionen, insbesondere in Entwicklungsländern wie Indien, an Bedeutung.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3045
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
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