Aerosole – Fernerkundung und Transportmodellierung

Aerosole sind Suspensionen von Schwebeteilchen von kleinen festen und flüssigen Partikeln, die in der Atmosphäre in Spuren auftreten. Ihre Ursprünge sind sowohl natürlich (Saharastaub, andere Bodenpartikel, Vulkanasche, Waldbrände, etc.) als auch anthropogen (Verbrennungsprozesse, urbane und industrielle Emissionen). Sie sind ein bestimmender Faktor von Luftqualität und Klima auf lokaler, regionaler und globaler Ebene und üben einen großen Einfluss auf das Leben und wirtschaftliche Aktivitäten aus. Eine genaue Charakterisierung ihrer Eigenschaften, die Identifizierung ihrer Quellen und die Analyse ihres Transports über kurze und lange Distanzen sind Schlüsselfaktoren für die Analyse und Vorhersage von Luftverschmutzung sowie für das Verständnis der atmosphärischen Strahlung und des Klimasystems. Fernerkundungstechniken, basierend auf der Interaktion von Licht mit Aerosolpartikeln, sind die fortgeschrittensten Verfahren für Aerosolmessung. Aktive Fernerkundungssysteme (Lidars) messen das aus einem Laserstrahl rückgestreuute Licht. Passive Fernerkundungssysteme (Photometer) messen die Streuung von Sonnenlicht. Satelliten messen das von der Erde reflektierte Sonnenlicht. Das Ziel dieses Projektes ist: die Entwicklung von neuen Methoden für die Identifikation und Klassifikation von Aerosolen basierend auf ihren optischen Eigenschaften, unter Verwendung von bodengestützten Fernerkundungsmessungen und Satellitenbilddaten; die Verbesserung der numerischen Aerosol-Modellierung von FLEXPART, ein in der Atmosphärenforschung und in praktischen Anwendungen weit verwendetes Ausbreitungsmodell. Die neue Methoden werden die Aerosolcharakterisierung über Österreich verbessern. Daten der nahen rumänischen und deutschen Stationen des europäischen Lidar-Netzwerks EARLINET und des globalen Sonnenphotometer-Netzwerks AERONET, MACC-Produkte (die Satellitendaten inkludieren) des European Copernicus Atmosphere Services und Daten von Sonnblick Observatorium werden dafür verwendet. Das Projekt schlägt einen neuen Forschungsansatz für Aerosolcharakterisierung vor: die Integration von durch Lidar gemessenen hochauflösenden vertikalen Profilen (von Bodenhöhe bis zur freien Troposphäre) mit Profilen von Satellitenmessungen, die eine niedrigere vertikale Auflösung haben, aber eine größere Fläche erfassen. Zurzeit gibt es keine EARLINET- bzw. AERONET-Station in Österreich. Die Vorteile des Aufbaus einer hypothetischen Lidar-Station in Wien, integriert in EARLINET, werden analysiert. Es werden technische Aspekte behandelt (Standort, Anschaffungs- und laufende Kosten, Personalbedarf, Betrieb und Wartung, EARLINET-Integration) und die erwartete Verbesserungen der Aerosolcharakterisierung über Österreich und auf regionaler Ebene. Gastinstitution: Institut für Meteorologie, BOKU Wien, Prof. Dr. Petra Seibert

Aerosole sind Suspensionen von Schwebeteilchen von kleinen festen und flüssigen Partikeln, die in der Atmosphäre in Spuren auftreten. Eine genaue Charakterisierung ihrer Eigenschaften, die Identifizierung ihrer Quellen und die Analyse ihres Transports über kurze und lange Distanzen sind Schlüsselfaktoren für die Analyse und Vorhersage von Luftverschmutzung sowie für das Verständnis der atmosphärischen Strahlung und des Klimasystems. Fernerkundungstechniken, basierend auf der Interaktion von Licht mit Aerosolpartikeln, sind die fortgeschrittensten Verfahren für Aerosolmessung. Aktive Systeme (Lidars) messen das aus einem Laserstrahl rückgestreute Licht. Passive Systeme (Photometer) messen die Streuung von Sonnenlicht. Satelliten messen das von der Erde reflektierte Sonnenlicht. Dieses Projekt hat ein neues Verfahren zur Untersuchung atmosphärischer Aerosole in Österreich umgesetzt, beruhend auf die Integration von Lidar-, Satelliten- und In- Situ Messungen und atmosphärischen Modellen. Die entwickelten Methoden und Algorithmen zur Bestimmung der Eigenschaften, des Transports und der Quellen von Aerosolen stellen wesentliche Verbesserungen dar. Mit diesen Methoden, es ist möglich den Transport von Aerosolen auf lokaler und regionaler Ebene in nahezu Echtzeit abzuschätzen, da die Luftqualitäts- und Fernerkundungs-Stationen europäischer Netzwerke kontinuierlich Messungen durchführen. Grundlage der Arbeit waren In-Situ-Messungen von PM, SO2 und O3 von Messstationen der Umweltbundesamt Österreich, Fernerkundungs-Messungen von EARLINET-Stationen aus der Nähe von Österreich (Deutschland, Rumänien) und Satelliten- Daten der NASA und ESA. Die Analyse ergab eine komplexe Aerosolumgebung aus lokalen und ferntransportierten Aerosolen. Letztere haben ihren Ursprung nicht nur in kanadischen Wildwaldbränden und in der Sahara-Wüste, wie in früheren Studien gezeigt. Sie kommen auch aus den Industriegebieten Nordwestafrikas und aus dem Osten und Südosten der USA. Der Einfluss von Vulkanausbrüchen (Island, Italien) wurde ebenfalls in das Projekt einbezogen. Die Aerosol-Ereignisse haben nicht nur einen erheblichen Einfluss auf die gemessenen PM und SO2, sondern auch auf den Gehalt an troposphärischem O3, der an den österreichischen Luftqualitätsstationen gemessen wird. Neben bekannten, erwarteten Umweltverschmutzungen durch Brände in Kanada und Nordafrika konnten auch Beiträge von Aerosolen aus Skandinavien, sibirischen Taiga-Bränden und Nordafrika über Österreich identifiziert werden. Eine allgemeine Schlussfolgerung dieses Projekts war, dass die In-Situ-Messungen in Österreich und Mitteleuropa nicht nur von lokalen, anthropogenen Aerosolen, sondern auch von weit transportierten Aerosolen stark beeinflusst werden: Luftverschmutzung ist ein globales Problem, das globale Lösungen erfordert. Ein atmosphärisches Fernerkundungszentrum in Österreich, einschließlich eines Lidar-Systems, würde das Verständnis der Auswirkungen von Aerosolen auf das Klima verbessern. Neben seiner wissenschaftlichen Wirkung würde es den Umweltagenturen bei der Beurteilung der Luftqualität helfen.