Chemical and physical properties of Amazonian aerosol particles

Abstract

- ZUSAMMENFASSUNG:Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Bestimmung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln im Amazonasbecken, die während Zeiten mit Biomasseverbrennung und bei Hintergrundbedingungen bestimmt wurden. Die Messungen wurden während zwei Kampagnen im Rahmen des europäischen Beitrags zum LBA-EUSTACH Experiment in Amazonien. Die Daten umfassen Messungen der Anzahlkonzentrationen, Größenverteilungen, optischen Eigenschaften sowie Elementzusammensetzungen und Kohlenstoffgehalte der gesammelten Aerosole. Die Zusammensetzung des Aerosols wies auf folgende drei Quellen hin: natürlichen biogenen, Mineralstaub, und pyrogenes Aerosol. Aller drei Komponenten trugen signifikant zur Extinktion des Sonnenlichts bei. Insgesamt ergab sich eine Steigerung der Meßwerte um ca. das Zehnfache während der Trockenzeit im Vergleich zur Regenzeit, was auf eine massive Einbringung von Rauchpartikeln im Submikrometerbereich in die Atmosphäre während der Trockenzeit zurückzuführen ist. Dementsprechend sank die Einzelstreualbedo von ca. 0,97 auf 0,91. Der Brechungsindex der Aerosolpartikel wurde mit einer neuen iterative Methoden, basierend auf der Mie-Theorie berechnet. Es ergaben sich durchschnittliche Werte von 1,42 0,006i für die Regenzeit und 1,41 0,013i für die Trockenperiode. Weitere klimatisch relevante Parameterergaben für Hintergrundaerosole und für Aerosole aus Biomasseverbrennung folgende Werte: Asymmetrieparameter von 0,63 ± 0,02 bzw. 0,70 ± 0,03 und Rückstreuungsverhältnisse von 0,12 ± 0,01 bzw. 0,08 ± 0,01. Diese Veränderungen haben das Potential, das regionale und globale Klima über die Variierung der Extinktion der Sonneneinstrahlung als auch der Wolkeneigenschaften zu beeinflussen.

- English Summary:This dissertation focuses on the determination of the chemical and physical properties of aerosol particles over the Amazon basin under background and biomass burning conditions. The measurements were made during two campaigns as part of the European contribution to the LBA-EUSTACH international project.The data set includes measurements of aerosol particle number concentrations, size distributions, optical properties, as well as the elemental and carbonaceous content of the aerosol. Three components were found to comprise the bulk of the total aerosol loading during both seasons (natural biogenic, soil dust, and pyrogenic aerosols), which all contributed significantly to light extinction. Overall, the measured parameters showed a roughly ten-fold increase in from the wet to the biomass-burning-influenced dry season. Correspondingly, the single-scattering albedo decreased from ca. 0.97 to 0.91. The refractive index of the aerosol particles was calculated using a new iterative method based on Mie theory, yielding averaged values of 1.42 0.006i and 1.41 0.013i for the wet and dry seasons, respectively. Other climatically relevant parameters like the asymmetry parameter and the backscattered fraction were also derived from the Mie calculations. The potential exists for these changes to impact on regional and global climate through changes to the extinction of solar radiation as well as the alteration of cloud properties.