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Auswertung von vereinfachten Modelldaten: NO2

  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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Marco Vountas