Ozonvertikalverteilungen und stratosphärische Ozonvertikalverteilungen und stratosphärische Säulen von NO2, OClO, und BrO aus GOME und Säulen von NO2, OClO, und BrO aus GOME und
SCIAMACHY Nadirsatellitendaten: SCIAMACHY Nadirsatellitendaten: Optimierung der Datenprodukte und wissenschaftliche Studien zur Optimierung der Datenprodukte und wissenschaftliche Studien zur
Chemie und Dynamik der unteren StratosphäreChemie und Dynamik der unteren Stratosphäre
GOMSTRAT
M. Coldewey-Egbers, S. Dhomse, L. Nath Lamsal, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, S. Tellmann, M. Weber (PI), F. Wittrock
Universität Bremen, Institut für Umweltphysik
www.iup.physik.uni-bremen.de
AFO2000 Abschlussseminar, Bad Tölz, 22-24 März 2004
Motivation
Verbesserte Satellitendaten über die globale chemische Zusammensetzung der Stratosphäre mit Schwerpunkt GOME (1995-2003) und SCIAMACHY (ab 2002)
Globale Langzeitänderung im Zusammenhang mit Klimawandel
Jährliche Variabilität
Kontinuität und Homogenität der Messreihen
Untersuchungen zu dynamischen Beiträgen zur Ozonchemie und Ozontransport (Residualzirkulation)
Satellitenbeobachtung
Vergleich mit gekoppelten Klima- und Chemie-Transportmodellen
GOMSTRAT Aktivitäten
Zusammenfassung:
Erstellung globaler Säulendaten von GOME 1995-
2003: NO2, BrO, und OClO
Verbesserte Ozonsäulen- und profilauswertung
Erste Anwendungen mit SCIAMACHY (ab 2002)
Aktualisierte Ozonklimatologie (1990-2000) für
Inversionsverfahren und First-Guess Anwendungen
z.B. in Modellen
Untersuchungen zur Wintervariabilität von
Ozontransport und –chemie mit Hilfe von
Satellitendaten und Modellen (Zusammenarbeit mit
KODYACS, DLR-IAP, und DYCHO, AWI-Potsdam)
GOME Nadirozonprofile
neu (V6)alt (V5)
Verbesserte GOME Auswertung
Erweiterung des Spektralbereichs zu kürzeren UV Wellenlängen nach empirischer Rekalibrierung
Informationsgehalt erhöht für die obere Stratosphäre zwischen 35 und 50 km
Prozessierung der GOME Daten 1996-2003 für WMO Assessment
GOME V5GOME V6SAGE
neu (V6)
alt (V5)Informationsgehalt
Tellmann et al., ASR 2004
Neue Ozonsäulenauswertung
Neue Auswertemethode: Gewichtsfunktion-DOAS (WFDOAS)
Sehr gute Übereinstimmung von GOME mit Bodenmessgeräten (Brewer/Dobson)
Langzeitstabilität 1995-2003
Bessere Anpassung an langjährige Messreihen in Vergangenheit und Zukunft (TOMS, SCIAMACHY, OMI, GOME2)
Prozessierung der GOME Daten 1995-2003 in Vorbereitung für WMO Assessment
Anwendung für SCIAMACHY in Vorbereitung
WFDOAS (neu)
Brewer
GOME V3 (alt)
Neue Ozonklimatologie
Neue dynamische Ozon- und Temperaturklimatologie mit Kovarianzen
SAGE II/POAMII/Sonden Daten von 1990 bis 2000
Parameter: Gesamtozon (dynamischer Proxy) Region (hohe und mittlere Breiten, Tropen, NH und SH) Saison (Winter/Frühjahr und Sommer/Herbst)
Untersuchungen zur Ozon- und Tropopause und Temperatur Korrelation
Mögliche Anwendungen
Initialisierung von
CTM und GCMs
A-priori constraints in
Profilinversion
Ozonsäulen-
Auswertung (AMF,
Strahlungstransfer)
Lamsal et al., JGR, 2004, submitted
SH Ozonlochanomalie in 2002: Stratosphärische Säulen von GOME
Jährliche Variabiltät der stratosphärischen Säulen (1995-2001) im Vergleich zu dem Polarwinter 2002 mit erstem und bisher einzigem SH „Major warming“
Kontinuität der Nadirsäulenzeitserien mit SCIAMACHY ab 2002
Richter et al., JAS, submitted
www.doas-bremen.de
Troposphärischer Antrieb des Ozontransports und der -chemie
SH Anomalie 2002Kalte arktische Winter/Frühjahre
Aktualisiert von Weber et al. 2003
NH SH
SepMar3 3
3 3Sep Mar
O (Mar) O (Sep)= v'T' dt = v'T' dt
O (Sep) O (Mar)
Mar(Sep)
Mar(Sep)
90°SZA,vortexSep(Mar)Sep(Mar)
OClO dt = - v'T' dt
Wintervariabilität und Langzeittrends 1979-2003
Differenz März-September
50°N-90°NMultivariate Regressionsterme:
Estimated effective stratospheric chlorine (EESC) oder linearer Trend
stratosphärisches Aerosol
Winterwärmefluss (heat flux)
Prozessoriejtierte Validierung von gekoppelten Klimamodellen und Chemie-Transportmodelllen
Zusammenarbeit mit DYCHO (Rex et al.) und KODYACS (Dameris et al.)
GOMSTRAT PublicationsColdewey-Egbers, M., M. Weber, M. Buchwitz,
and J.P. Burrows, Application of a modified DOAS method for total ozone retrieval from GOME data at high polar latitudes, Adv. Space Res., in press, 2004.
Coldewey-Egbers et al., Novel total ozone retrieval algorithm for backscatter UV satellite instruments, ACP, Manuscript in preparation, 2004.
Lamsal, L.N., M. Weber, and J.P. Burrows, Dynamical climatology of ozone and temperature based on ozonesonde and satellite data,, J. Geophys. Res., submitted, 2004.
Richter, A., F. Wittrock, M. Weber, S. Beirle, J. Hollwedel, S. Küll, U. Platt, T. Wagner, W. Wilms-Grabe, and J.P. Burrows, GOME observations of stratospheric trace gas distributions during the splitting vortex event in the Antarctic winter 2002 Part I: Measurements, J. Atmos. Sci., submitted 2004.
Sinnhuber, B.-M., M. Weber, A. Amankwah, and J. P. Burrows, Total ozone during the unusual Antarctic winter of 2002, Geophys. Res. Lett., 30, 1850, doi:10.1029/2002GL016798, 2003.
Tellmann, S., V.V. Rozanov, M. Weber, and J.P. Burrows, Improvements in the tropical ozone profile retrieval from GOME UV/vis nadir spectra, Adv. Space Res., in press, 2004.
von Savigny, C., A. Rozanov, H. Bovensmann, K.-U. Eichmann, S. Noel, V.V. Rozanov, B.-M. Sinnhuber, M. Weber, J.P. Burrows and J. Kaiser, The ozone hole break-up in September 2002 as seen by SCIAMACHY on ENVISAT, J. Atmos. Sci., submitted 2004.
Weber, M., S. Dhomse, F. Wittrock, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, and J.P. Burrows, Dynamical control of<NH and SH winter/spring total ozone from GOME observations in 1995-2002, Geophys. Res. Lett. 30, 1853, doi:10.1029/2002GL016799, 2003.
Weber, M., S. Dhomse, F. Wittrock, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, and J.P. Burrows, Der Einfluss der Dynamik auf den Ozontransport und die Ozonchemie in hohen Breiten, Ozonbulletin des Deutschen Wetterdienstes, Nr. 93, 25, Juni 2003.
Weber, M., et al., Validation of GOME total ozone retrieved using weighting function DOAS with ground based and TOMS V8 total ozone, ACP, Manuscript in preparation, 2004.
Perspektiven
Verbesserte Algorithmen sind nutzbar für zukünftige Nadirsensoren: OMI (ab 2004), GOME2 auf Metop 1, 2, und 3 (ab 2005, 2010 und 2015)
Kontinuität der globalen Messreihen von 1995 bis ~2020
Ergänzung der Nadirsäulendaten mit ENVISAT vertikalaufgelösten Limb/Okkultationsmessungen für detaillierte Untersuchungen atmosphärischer Prozesse von der Troposphäre bis zur Mesosphäre
Neue Ideen: SFBNeuer SFB: Flüsse durch Grenzschichten (Arbeitstitel)
Mögliche Partner: MPI-HH Modellierung
Hammonia, Maecham (bis 250 km) Ozean-Atmosphären Modell
Uni Oldenburg Oberste Meeresschicht/UV
Eintrag/atmosphärische Einträge? Solarenergie?
Uni Bremen Satellitenfernerkundung vom Boden bis zur
Mesosphäre Emissionseinträge Tracerozeanografie/Ozean-
Atmsophärenübergang? AWI Bremerhaven
UV Strahlung am Boden/Einwirkung auf Biosphäre
Universität Rostock Mesosphären-Stratosphären-Kopplung Mesosphäre und Klimarelevanz
Universität Osnabrück Solar Proton Einträge/Elektronenschauer Kopplung zu unteren Schichten
Erstellung eines Konzeptpapiers
Fragestellung
Verknüfung der einzelnen Elemente zum Ganzen
Zu breit oder weitere thematische Eingrenzung
Für Bremen:
keine Datenauswertung
Nutzung der Daten für Themenstellung
Troposphärisches Ozon von Nadirsensoren
Methodik
Limb/Nadir-Matching (SCIAMACHY)
Stratosphärische Limb-Profile für die Bestimmung des stratosphärischen AMF
Berechnung der stratosphärischen schrägen Säulen
Abziehen von der schrägen Säule zum Erhalt der troposp.schrägen Säulen
Berechnung troposphärischer AMF für die troposphärische Säule
Grösste Fehlerquelle sehr wahrscheinlich der letzte Schritt
Nadir-only Methodik
Referenzmethode
Nachteil: kein troposphärischer Hintergrund
Hintergrund aus klimatologischen Werten z.B. Sonden
Benutzung der klimatologischen Profile für den stratosphärischen AMF, dann Vorgehensweise wie bei Limb/nadir matching, eventuell iterativ vorgehen
Detaillierte Fehlerstudie
Frage: Wie kann man WFDOAS verwenden?
Trennung der WF in stratosphärische und troposphärische Anteile
Ergänzungsantrag für AFO2000
Mit GSF absprechen
Reprozessierung der GOME Profile
1 Personenjahr, ca. 60k€
Motivation: Verfügbarkeit des Datensatzes für WMO Assessment
Ziel:
Auswertung der Jahre 1995-2003
Gridding der Daten für ausgewählte Höhenschichten in ein festes Höhengitter