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

LACE 98 - LINDENBERG AEROSOL CHARACTERIZATION EXPERIMENT 1998 gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Aerosolforschungsschwerpunkts (AFS)

Einleitung

Rückstreuung und Absorption von Sonnenstrahlung durch Aerosolpartikel ist eine bedeutende Unsicherheit bei Klimavorhersagen. Integrierte Forschung zu den Strahlungseigenschaften von Aerosolen kann diese Unsicherheit verringern. Das "Lindenberg Aerosol Characterization Experiment 1998 (LACE 98)" trug zu diesem Ziel bei. LACE 98 fand vom 13. Juli bis zum 12. August 1998 in Lindenberg nahe Berlin statt. Das Meteorologische Obvervatorium Lindenberg (52.2^o N, 14.1^o O) wurde als zentraler Ort wegen seiner langen Geschichte von Messungen der optischen Dicke sowie den zur Verfügung stehenden Instrumenten (Radiosondenstation, Sonnen- und Sternphotometer usw.) gewählt.
Messungen wurden von drei Flugzeugen, mit einem luftgestützten und vier bodengestützten Lidar-Systemen sowie einer Bodenstation unternommen. Die meteorologischen Situationen, in denen intensive Beobachtungen durchgeführt wurden, beinhalteten saubere und verschmutzte Luftmassen, die durch niedrige und hohe optische Dicken des Aerosols gekennzeichnet waren.

Ziele

Das Gesamtziel des integrierten Aerosol-Charakterisierungsexperiments war die Bereitstellung von experimentellen Daten, welche zur exakten Beschreibung von Aerosolpartikeln in atmospherischen Modellen notwendig sind. Ein zweiter Schwerpunkt war es, Parametrisierungschemen zu testen, die in Feldexperimenten und Klimamodellen benutzt werden, um Strahlungseffekte der Aerosole der Partikel zu beschreiben.
Folglich waren die speziellen Aufgaben von LACE 98 dreifach:

(a)

Studium der Wechselwirkung des atmosphärischen Aerosolsystems mit dem Strahlungsfeld über einem verschmutzten zentraleuropäischen Einsatzort während der Sommersaison,

(b)

Quantifizierung von Unsicherheiten der optischen Partikeleigenschaften und resultierender Strahlungseffekte, die aus der gemessenen chemischen Zusammensetzung und Partikel-Größenverteilungen der Aerosole berechnet werden, und

(c)

Quantifizierung des direkten Klimaeffekts der beobachteten anthropogenen Aerosolpartikel.

Um diese drei Ziele zu erreichen, wurden Messungen von Aerosol-Strahlungsgrößen mit vertikaler Auflösung in Verbindung mit Profilmessungen der chemischen, mikrophysikalischen, und optischen Aerosoleigenschaften durchgeführt.

Ein weiteres Ziel von LACE 98 war die Einführung und der Test neuer Analyse- und Messtechniken und die Demonstration ihres Potenzials. Zum ersten Mal waren mehrere komplexe Aerosol-Lidarsysteme bei einer größeren Aerosolfeldkampagne beteiligt. Diese Lidarsysteme erlaubten eine umfassende Charakterisierung der optischen und mikrophysikalischen Partikeleigenschaften.

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Beobachtung von Waldbrandaerosolen aus Kanada (oberhalb 2 km Höhe) und
des Tagesgangs der atmosphärischen Grenzschicht mit dem Sechs-Wellenlängen-Lidar;
LACE 98, Lindenberg, Deutschland, 9. und 10. August 1998
(Vergleichen Sie dazu auch den Inversionsalgorithmus!)

Ergebnisse

Umfassende Aerosoldaten für einen kontinentalen europäischen Standort sind nun verfügbar. Auf der Basis von komplexen, zusammenhängenden Beobachtungen vom Boden, vom Flugzeug sowie mit Fernmessinstrumenten wurden die chemischen, physikalischen, optischen und Strahlungseigenschaften von typischen zentraleuropäischen Sommer-Aerosolverteilungen beschrieben. Diese Daten sind ein wichtiger Beitrag zur globalen Aerosolklimatologie. Sie können als Eingabeparameter in atmosphärischen Modellen und als Boden-Vergleichswerte bei der Anwendung von weltraumgestützter Fernerkundung über Land benutzt werden. In diesem Sinne trug LACE 98 zu dem Forschungsfeld bei, das sich mit dem Einfluss von Aerosolen auf das Klima und den jeweiligen Modellierungsansätzen beschäftigt. Eine beachtliche Zahl von Schließungsexperimenten zu den Beziehungen zwischen physiko-chemischen Partikeleigenschaften und dem Strahlungsfeld sowie zur Quantifizierung der Strahlungswirkung der beobachteten Aerosolverteilungen und den Unsicherheiten bei den Beobachtungen wurde durchgeführt. Das Potenzial und die Grenzen einer Reihe von neuen und bereits erprobten Aerosolbeobachtungs- und Analysetechniken wurden demonstriert. Probleme bei der Charakterisierung der Strahlungseffekte der Aerosole unter Umgebungsbedingungen entstehen hauptsächlich aus Unsicherheiten in den bestimmten Partikelabsorptionseigenschaften. Die Tatsache, dass die meisten In-Situ-Messungen unter trockenen Bedingungen (nicht Umgebungsfeuchte) durchgeführt werden, ist eine weitere Fehlerquelle. Strahlungs-Schließungsexperimente demonstrierten, dass mehr Arbeit gebraucht wird, um den Strahlungstransfer in der Atmosphäre genau zu beschreiben. Weltraumgestützte Fernerkundung über Land bleibt immer noch eine herausfordernde Aufgabe, wenn man den großen Einfluss der Bodenalbedo auf das Strahlungsfeld bei kurzen Wellenlängen bedenkt.

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Nachtbeobachtung der kanadischen Waldbrandschicht (IfT-Sechswellenlängenlidar);
20.00 Uhr UTC am 9. August - 3.00 Uhr UTC am 10. August 1998;
gleichzeitig wurden Messungen der Aerosoleigenschaften vom Forschungsflugzeug Falcon aus durchgeführt

Zusammenfassung

Eine detaillierte Zusammenfassung von LACE 98 findet sich in:

Journal of Geophysical Research, Volume 107, Number D21, November 2002.

Unsere Gruppe hat mit folgenden Publikationen zu LACE 98 beigetragen:

Ansmann, A., Wandinger, U., Wiedensohler, A. and Leiterer, U. 2002. Lindenberg Aerosol Characterization Experiment 1998 (LACE 98): Overview. Journal of Geophysical Research, 107, 8129, doi: 10.1029/2000JD000233.

Wandinger, U., Müller, D., Böckmann, C., Althausen, D., Matthias, V., Bösenberg, J., Weiß, V., Fiebig, M., Wendisch, M., Stohl, A. and Ansmann, A. 2002. Optical and microphysical characterization of biomass-burning and industrial-pollution aerosols from multiwavelength lidar and aircraft measurements. Journal of Geophysical Research, 107, 8125, doi: 10.1029/2000JD000202.

Fiebig, M., Petzold, A., Wandinger, U., Wendisch, M., Kiemle, C., Stifter, A., Ebert, M., Rother, T. and Leiterer, U. 2002. Optical closure for an aerosol column: Method, accuracy, and inferable properties applied to a biomass-burning aerosol and its radiative forcing. Journal of Geophysical Research, 107, 8130, doi: 10.1029/2000JD000192.

Wendisch, M., Keil, A., Müller, D., Wandinger, U., Wendling, P., Stifter, A., Petzold, A., Fiebig, M., Wiegner, M., Freudenthaler, V., Armbruster, W., von Hoyningen-Huene, W. and Leiterer, U. 2002. Aerosol-radiation interaction in the cloudless atmosphere during LACE 98, 1, Measured and calculated broadband solar and spectral surface insolations. Journal of Geophysical Research, 107, 8124, doi: 10.1029/2000JD000226.

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