Die Auffüllung von NO2 Absorptionslinien wurde bereits von
Fish & Jones prognostiziert und durch simplifizierte
Modellrechnungen bestätigt. Es stellt sich die Frage, welche
Auswirkungen durch die Auffüllung von NO2- und FRAUNHOFERlinien auf die
Auswertung des Gases zu erwarten sind, wenn umfangreichere
Modellrechnungen durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es
interessant zu untersuchen, ob die Auswirkungen, die für O3
gesehen wurden, ähnlich für einen ,,moderaten`` Absorber auftauchen.
Auch in dieser Untersuchung wird das Konzept des modifizierten DOAS
angewendet. Die Auswertung von NO2 geschieht in einem
typischen Wellenlängenbereich von 420 - 460 nm. In diesem Bereich
liegt die Absorptionsstärke bei etwa 1%.
Die Untersuchung beschränkt sich zunächst auf Modelldaten von gometran, um
Auswirkungen der Auffüllung unbeeinflußt von anderen Effekten
diskutieren zu können.
Zusammenfassung der Modellparameter: Die synthetischen
Daten wurden im Wellenlängenbereich zwischen 420 - 460 nm unter
Einbeziehung der Absorption von ausschließlich NO2 bestimmt. Die
Höhenverteilung von NO2 sowie Druck- und Temperaturprofile sind
der MPI Klimatologie (siehe Abschnitt
6) für den Monat September und 70o nördlicher Breite
entnommen. Die Berechnungen wurden für 90o SZA in Nadirgeometrie
für das Standardaerosolszenario durchgeführt. Die Bodenalbedo
betrug 0.05%. Das in die Berechnungen eingehende Sonnenspektrum ist
ein GOME Sonnenspektrum (Datenfile: 50903113.el1). Die
Airmassfaktoren (siehe Anhang D) für die
Überführung von schräge in vertikale Säulen wurden mit gometran mit und
ohne Berücksichtigung von RRS bestimmt. Die (vertikale)
Gesamtsäule von NO2 für das gewählte Szenario betrug
5.396 1015 [Mol. cm-2].
Resultate
Der durch verschiedene Auswertungsstrategien resultierende Fehler ist
bereits im vorhergenden Abschnitt definiert worden. Folgende
Tabelle 11.3 zeigt die Auswertungsstrategien sowie die
damit verbundenen Fehler in der VC von NO2.
a)
Ohne
ohne RRS
3.16
1.71
b)
Mit (ohne [NO2])
ohne RRS
4.94
2.66
c)
Mit (adäquate [NO2] )
ohne RRS
0.0
0.0
c1)
Mit (inadäquate [NO2])
ohne RRS
-2.45
-1.32
d)
Ohne
mit RRS
-1.77
-0.96
d1)
Ohne
mit RRS (inadäquate [NO2])
-1.89
-1.03
e)
Mit (adäquate [NO2])
mit RRS
-7.73
-4.17
f)
Mit (ohne FRAUNHOFERlinien)
ohne RRS
-8.11
-4.38
* 1014 Mol. cm-2
Die fettgedruckte Zeile (Strategie c) entspricht wieder der
Standardprozedur, die idealerweise durchgeführt wird, um NO2
auszuwerten.
a: Die Vernachlässigung des RING Referenz Spektrums zeigt weniger
deutlich den Einfluß des Effekts als für Ozon. Es ergibt sich ein
Fehler (eine Unterschätzung) zur wahren VC von etwa 3%. Der Fehler
setzt sich zusammen aus dem durch die Auffüllung der FRAUNHOFERlinien sowie
der der NO2-Absorptionslinien.
b: Diese Strategie zeigt auf, was für Fehler zu erwarten
sind, wenn keine Auffüllung von Gasabsorptionslinien im RING Referenz Spektrum
vorhanden ist. Der Fehler beträgt etwa 5%. Diese Strategie deutet
an, welcher Fehler entsteht, wenn die NO2 Absorption unterschätzt
oder vernachlässigt wird, wie z.B. im Fall des SAO Spektrums.
c und d: Strategien c und d demonstrieren, daß die
Einbeziehung von RRS in der Bestimmung des Airmassfaktors keine
korrekten Ergebnisse liefert. Allerdings ist der Fehler relativ klein.
Wie schon für Ozon zeigt sich auch hier, daß die Summe der Fehler
für Strategie b und d Strategie etwa dem Fehler für Strategie a
entspricht. Somit kann auch diesem Fall der Fehler durch die beiden
Auffüllungstypen in guter Näherung superpositioniert werden.
c1: Ein weiterer Test bestand im Einsatz eines RING Referenz Spektrums,
welches für einem höheren NO2 Gehalt (Faktor 1.5 gegenüber dem
Referenzszenario) bestimmt wurde. Die Anwendung dieses RING Referenz Spektrums
erzeugte einen Fehler von 2.45%. Dieser Fehler ist bezogen auf den,
der aus der Nicht-Berücksichtigung eines RING Referenz Spektrums entsteht, bereits
relativ groß, wenngleich das Vorzeichen umgekehrt ist. Dabei ist
erwähnenswert, daß das spektrale Residuum sehr klein ist (Fitfehler
<0.015%, gegenüber >2.0%, wenn kein RING Referenz Spektrum berücksichtigt
wurde). Damit zeigt sich, wie fehlerträchtig die Auswertung sein kann,
obwohl das Residuum äußerst klein ist.
d1: Die Strategie d1 zeigt für NO2 keinen
wesentlichen Unterschied zu Strategie d. In diesem Fall ist der Fehler
sogar geringer als für die Variation des NO2 Gehalts im RING Referenz Spektrum.
e: Wie schon in der Untersuchung von Ozon zeigt diese
Strategie nochmals, daß die Einbeziehung von RRS in sowohl dem
RING Referenz Spektrum als auch im Airmassfaktor keine korrekten Ergebnisse
liefert.
f: In diesem Fall wurde ein konstantes Sonnenspektrum für
die Bestimmung des RING Referenz Spektrums angenommen. Der NO2-Gehalt wurde
korrekt modelliert. Der resultierende Fehler liegt bei etwa 8.1% und
zeigt deutlich, daß die Vernachlässigung der Auffüllung von FRAUNHOFERlinien
problematisch ist (im Gegensatz zu Ozon).
Diese Untersuchung zeigte deutlich, daß die beiden Auffüllungsformen
für die NO2 Auswertung im sichtbaren Bereich eine etwa gleich
große Rolle spielen. Die folgende Untersuchung stellt eine
Erweiterung dar und soll Aufschluß über die SZA-Abhängigkeit der
Fehler in der NO2 Auswertung geben. Ferner soll die Abhängigkeit
des Fehlers auch für andere RING Referenz Spektren dargestellt werden.
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