Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-3245
Authors: Tanarhte, Meryem
Title: Interactions between the hydrological cycle and atmospheric chemistry
Online publication date: 14-Jan-2009
Language: english
Abstract: The land-atmosphere exchange of atmospheric trace gases is sensitive to meteorological conditions and climate change. It contributes in turn to the atmospheric radiative forcing through its effects on tropospheric chemistry. The interactions between the hydrological cycle and atmospheric processes are intricate and often involve different levels of feedbacks. The Earth system model EMAC is used in this thesis to assess the direct role of the land surface components of the terrestrial hydrological cycle in the emissions, deposition and transport of key trace gases that control tropospheric chemistry. It is also used to examine its indirect role in changing the tropospheric chemical composition through the feedbacks between the atmospheric and the terrestrial branches of the hydrological cycle. Selected features of the hydrological cycle in EMAC are evaluated using observations from different data sources. The interactions between precipitation and the water vapor column, from the atmospheric branch of the hydrological cycle, and evapotranspiration, from its terrestrial branch, are assessed specially for tropical regions. The impacts of changes in the land surface hydrology on surface exchanges and the oxidizing chemistry of the atmosphere are assessed through two sensitivity simulations. In the first, a new parametrization for rainfall interception in the densely vegetated areas in the tropics is implemented, and its effects are assessed. The second study involves the application of a soil moisture forcing that replaces the model calculated soil moisture. Both experiments have a large impact on the local hydrological cycle, dry deposition of soluble and insoluble gases, emissions of isoprene through changes in surface temperature and the Planetary Boundary Layer height. Additionally the soil moisture forcing causes changes in local vertical transport and large-scale circulation. The changes in trace gas exchanges affect the oxidation capacity of the atmosphere through changes in OH, O$_3$, NO$_x$ concentrations.
Der Boden-Atmosphären-Austausch von atmosphärischen Spurengasen reagiert empfindlich auf meteorologische Bedingungen und den Klimawandel. Durch seine Auswirkungen auf die Troposphärenchemie trägt er zur atmosphärischen Strahlungsstärke bei. Die Interaktionen zwischen Wasserkreislauf und atmosphärischen Prozessen sind komplex und umfassen häufig verschiedene Resonanzebenen. Im Rahmen dieser Dissertation wird das Erdsystemmodell EMAC zur Untersuchung der direkten Rolle der Bodenoberflächen-Komponenten des terrestrischen Wasserkreislaufs bei Emissionen, Ablagerungen und Transport der wichtigsten Spurengase, die die Troposphärenchemie kontrollieren, angewandt. Des Weiteren wird es eingesetzt, um deren indirekte Rolle bei der Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Troposphäre durch die Rückkopplung zwischen atmosphärischem und terrestrischem Teil des Wasserkreislaufs zu erforschen. Ausgewählte Funktionen des Wasserkreislaufs in EMAC werden durch die Verwendung von Beobachtungen verschiedener Datenquellen evaluiert. Die Interaktionen zwischen Ausfällung und der Wasserdampfsäule des atmosphärischen Teils des Wasserkreislaufs, und der Evapotranspiration des terrestrischen Teils werden speziell für die Tropenregion untersucht. Die Auswirkungen der Veränderungen in der Oberflächenhydrologie auf den Oberflächenaustausch und die Oxidationschemie der Atmosphäre werden mit Hilfe von zwei Sensitivitätssimulationen erforscht. Bei der ersten Untersuchung wird eine neue Parametrisierung der Niederschlagskontrolle in den dicht bewachsenen Gebieten der Tropen eingebunden und deren Auswirkungen untersucht. Die zweite Studie beinhaltet die Anwendung einer Konstante der Bodenfeuchte, die die vom Modell berechnete Bodenfeuchte ersetzt. Beide Experimente haben einen großen Einfluss auf den lokalen Wasserkreislauf, die Trockenablagerung von löslichen und unlöslichen Gasen und die Isoprenemissionen, die durch Schwankungen der Oberflächentemperatur und der PBL-Höhe verursacht werden. Zusätzlich ruft die Bodenfeuchtenstärke Veränderungen im lokalen Vertikaltransport und in der großskaligen Zirkulation hervor. Die Veränderungen des Spurengasaustauschs beeinflussen die Oxidationskapazität der Atmosphäre durch Konzentrationsschwankungen von OH, O$_3$und NO$_x$.
DDC: 000 Allgemeines
000 Generalities
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3245
URN: urn:nbn:de:hebis:77-18603
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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