Forschungsgruppe
"Optische Fernmessung - Untersuchung atmosphärischer Prozesse mit optischen Methoden"

EARLINET - Ein Europäisches Lidarnetzwerk zur Erstellung einer Aerosolklimatologie

Projekt

EARLINET (lidarb.dkrz.de/earlinet/) ist das erste Aerosol-Lidarnetzwerk, das versucht, quantitative Daten zur vertikalen Verteilung von optischen Aerosoleigenschaften mit einem systematischen und statistisch signifikanten Ansatz auf kontinentaler Skale zu erlangen. Deshalb liegen das Hauptbestreben und die wichtigsten Errungenschaften in der Entwicklung neuer Methoden. Ein Schwerpunkt ist, die Ergebnisse für alle Stationen und Zeitpunkte vergleichbar zu machen. Dies ist unverzichtbar für den Nutzen gemeinsamer Datensätze in Studien mit verschiedenen Messstationen.

Ziele

Hauptziele von EARLINET sind die Erstellung eines umfassenden und quantitativen statistischen Datensatzes der horizontalen und vertikalen Aerosolverteilung über Europa durch ein Netzwerks von hochentwickelten Laser-Fernmessstationen und die Nutzung dieser Daten zur Untersuchung des Einflusses von Aerosolen auf verschiedenste Umweltproblematiken. Dies beinhaltet ebenfalls die Schaffung einer adäquaten wissenschaftlichen Infrastruktur, welche qualitätskontrollierte Instrumente, Auswerteprozeduren sowie die Bereitstellung einer gemeinsamen Datenbasis garantiert. Außerdem wurde ein System zum internen Austausch von Know-how und Daten wie auch zur Durchführung von gemeinsamen Analysen der Daten verschiedener Gruppen geschaffen. Die Hauptbeobachtungsphase dauerte von Mai 2000 bis Februar 2003. Seitdem werden die Messungen von verschiedenen Gruppen auf freiwilliger Basis fortgesetzt.

Ergebnisse

• Hochentwickelte Lidarsysteme für reguläre Nutzung werden an 22 permanenten und 3 temporären Stationen in 12 Ländern der Europäischen Union und assoziierter Staaten eingesetzt. Daher ist ein großer Teil Europas mit dem Beobachtungsnetzwerk abgedeckt. 13 Stationen nutzen jetzt Detektionskanäle für Raman-Streuung, um Aerosol-Extinktionsprofile zu erhalten.
• Ein extensives Qualitätssicherungsprogramm auf instrumenteller und algorithmischer Ebene wurde durchgeführt.
• Ein Zeitplan wurde erstellt, um auf der einen Seite Verfälschungen der Statistik durch selektive Messungsbedingungen zu vermeiden und auf der anderen Seite spezielle Messungen für verschiedene geplante Studien zu ermöglichen. Zur Schaffung einer Aerosolklimatologie wurde ein regulärer Messplan mit 3 Messungen pro Woche an vorbestimmten Zeiten erstellt.
  Für die speziellen Messungen, bestimmt für verschiedene Prozessstudien, wurde ein Alarmsystem installiert, das von den entsprechenden Arbeitsgruppenleitern genutzt wird, um die betroffenen Teams über besondere Messgelegenheiten zu informieren.
• Um wichtige Informationen über die Historie der beobachteten Luftmassen zur Verfügung zu stellen, wurden zu 2 täglichen Ankunftszeiten und für 6 Druckniveaus Rückwärtstrajektorien durch den Deutschen Wetterdienst bereit gestellt.
• Beobachtungen der Aerosolverteilung erlauben die Charakterisierung der Grenzschichtentwicklung, welche wiederum sehr wichtig für die Verteilung von Schadstoffen ist.
• Die Beobachtung von Saharastaubausbrüche ermöglicht es, direkt die Mechanismen der Mineralstaubbildung, des Ferntransports und des Einflusses auf die Sonneneinstrahlung und das Klimas zu untersuchen. Die Partikel können gleichzeitig als Tracer für das Studium des Fernstransports vieler andere Schadstoffe genutzt werden.
• Beobachtungen der Änderung von Aerosoleigenschaften, wenn Luftmassen Europa passieren, stellen exzellentes Material dar, um Luftverschmutzungs- und Klimavorhersagemodelle zu verbessern, und tragen darüber hinaus dazu bei, Vermeidungsstrategien zu entwickeln.
• Beobachtungen von abgehobenen Aerosolschichten in Kombination mit Trajektorienanalysen erlauben das Studium des Ferntransports von Schadstoffen in der gesamten Hemisphäre. Abermals ist dies wichtiges Material, um Luftverschmutzungs- und Klimavorhersagemodelle zu verbessern.
• Die Entwicklung von Methoden zur Bestimmung mikrophysikalischer Eigenschaften von Aerosolen wird zu einer weit besseren Charakterisierung von Aerosolverteilungen führen und damit zusätzliche Informationen über die Zusammensetzung und den Ursprung der Partikel liefern. Das wird eine große Hilfe bei der Identifikation der Hauptquellen von Aerosolen sein und infolgedessen die Entwicklung von passenden Vermeidungsstrategien unterstützen.

Messergebnisse
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Die EARLINET-Messungen werden mit dem  Temperatur-Feuchte-Aerosol-Ramanlidar des IfT durchgeführt.

Unsere Gruppe hat mit folgenden Publikationen zu EARLINET beigetragen:

Wandinger, U., Mattis, I., Tesche, M., Ansmann, A., Bösenberg, J., Chaikovski, A., Freudenthaler, V., Komguem, L., Linné, H., Matthias, V., Pelon, J., Sauvage, L., Sobolewski, P., Vaughan, G. and Wiegner, M. 2004. Air-mass modification  over Europe: EARLINET aerosol observations from Wales to Belarus, Journal of Geophysical Research, 109, doi: 10.1029/2004JD005142.

Mattis, I., Ansmann, A., Müller, D., Wandinger, U. and Althausen, D. 2004. Multiyear aerosol observations with dual-wavelength Raman lidar in the framework of EARLINET. J. Geophys. Res., 109, doi: 10.1029/2004JD004600, 2004.

Pappalardo, G., Amodeo, A., Pandolfi, M., Wandinger, U.,  Ansmann, A., Bösenberg, J., Matthias, V., Amiridis, V., De Tomasi, F., Frioud, M., Iarlori, M., Komguem, L., Papayannis, A., Rocadenbosch, F. and Wang, X. 2004. Aerosol Lidar Intercomparison in the Framework of the EARLINET Project. 3. Raman Lidar Algorithm for Aerosol Extinction, Backscatter, and Lidar Ratio, Applied Optics, 43,  5370-5385.

Böckmann, C., Wandinger, U., Ansmann, A., Bösenberg, J., Amiridis, V., Boselli, A., Delaval, A., De Tomasi, F., Frioud, M., Grigorov, I.V., Hågård, A., Horvat, M., Iarlori, M., Komguem, L., Kreipl, S., Larcheveque, G., Matthias, V., Papayannis, A., Pappalardo, G., Rocadenbosch, F., Rodrigues, J.A., Schneider, J., Shcherbakov, V. and Wiegner, M. 2004. Aerosol Lidar Intercomparison in the Framework of the EARLINET Project. 2. Aerosol Backscatter Algorithms. Applied Optics, 43, 977-989.

Matthias, V., Freudenthaler, V., Amodeo, A., Balin, I., Balis, D., Bösenberg, J., Chaikovsky, A., Chourdakis, G., Comeron, A., Delaval, A., De Tomasi, F., Eixmann, R., Hågård, A., Komguem, L., Kreipl, S., Matthey, R., Rizi, V., Rodrigues, J.A., Wandinger, U. and Wang, X. 2004. Aerosol Lidar Intercomparison in the Framework of the EARLINET Project. 1. Instruments, Applied Optics, 43, 961-976.

Matthias, V., Balis, D., Bösenberg, J., Eixmann, R., Iarlori, M., Komguem, L., Mattis, I., Papayannis, A., Pappalardo, G., Perrone, M. R. and Wang, X. 2004. The vertical aerosol distribution over Europe: Statistical analysis of Raman lidar data from 10 EARLINET stations. J. Geophys. Res.-Atmosp., 109, doi:10.1029/2004JD004638, 2004.

Ansmann, A., Bösenberg, J., Chaikovsky, A. P., Comerón, A., Eixmann, R., Freudenthaler, V., Ginoux, P., Konguem, L., Linné, H., Márquez, M. Á. L., Manoj, S., Matthias, V., Mattis, I., Mitev, V., Müller, D., Nickovic, S., Pelon, J., Sauvage, L., Sobolewsky, P., Stohl, A., Torres, O., Vaughan, G., Wandinger, U. and Wiegner, M. 2003. Long-range transport of Saharan dust to northern Europe: The 11-16 October 2001 outbreak with EARLINET. Journal of Geophysical Research, 108, doi: 10.1029/2003JD003757.

Mattis, I., Ansmann, A., Wandinger, U. and Müller, D. 2003. Unexpectedly high aerosol load in the free troposphere over Central Europe in spring/summer 2003. Geophys. Res. Lett., 30, doi: 10.1029/2003GL018442.

Müller, D., Mattis, I., Wandinger, U., Ansmann, A., Althausen, D., Dubovik, O., Eckhardt, S. and Stohl, A. 2003. Saharan dust over a Central European EARLINET-AERONET site: Combined observations with Raman lidar and Sun photometer. Journal of Geophysical Research, 108, doi: 10.1029/2002JD002918.

Mattis, I., Ansmann, A., Müller, D., Wandinger, U. and Althausen, D. 2002. Dual-wavelength Raman lidar observations of the extinction-to-backscatter ratio of Saharan dust. Geophys. Res. Lett., 29, doi: 10.1029/2002GL014721.

EARLINET Downloads und Links

• Poster von I. Mattis et al.
• Abschlussbericht (engl.)
  
• Homepage EARLINET - lidarb.dkrz.de/earlinet/
• Homepage AERONET - aeronet.gsfc.nasa.gov