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Previous: Auswertung von vereinfachten Modelldaten: NO2
Ähnlich dem vorherigen Abschnitt soll zunächst die Anwendung von
RING Referenz Spektren auf Modelldaten geschehen. Im folgenden wird die
Auswertung der NO2 VC an Hand von erweiterten Modelldaten
vorgenommen. Die der Auswertung
zugrundeliegende optische Dicke und RING Referenz Spektren sind mittels gometran
bestimmt worden. Weiterhin sind experimentell bestimmte RING Referenz Spektren zum
Einsatz gekommen. Die Auswertung wurde mit dem DOAS- Programm von
V. Rozanov durchgeführt (V. Rozanov , 1996, persönliche Mitteilung ).
Zusammenfassung der Modellparameter: Die synthetischen
Daten wurden im Wellenlängenbereich zwischen 420 - 460 nm unter
Einbeziehung der Absorption von NO2, O3, O4 und OClO
bestimmt. Die Höhenverteilung der Spurengaskonzentrationen sowie
Druck- und Temperaturprofile sind der MPI
Klimatologie (siehe Abschnitt 6) für den Monat September
und 70o nördlicher Breite entnommen. Die Berechnungen wurden für
elf SZA zwischen 30o und 92o in Nadirgeometrie durchgeführt.
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 ohne Berücksichtigung von RRS bestimmt. Im folgenden werden die
Ergebnisse von Spurengasauswertungen dargestellt, die auf der
Grundlage von Modell- sowie Experimentalspektren durchgeführt wurden.
Die RING Referenz Spektren: Vier verschiedene RING Referenz Spektren-Typen r
wurden zur Bestimmung der NO2 VC herangezogen:
- 1.
- Ein mit gometran simuliertes RING Referenz Spektrum für jeden SZA, für den
schon die optische Dicke modelliert wurde (im folgenden mit ``SRS''
abgekürzt);
- 2.
- Das SAO RING Referenz Spektrum (siehe Abschnitt 9.4) (im
folgenden mit ,,SAO`` abgekürzt);
- 3.
- Zwei experimentell bestimmte RING Referenz Spektren: (a) Das GOME-FM
RING Referenz Spektren (siehe Abschnitt 9.3) (im folgenden
mit ,,FMRS`` abgekürzt); (b) Das iup RING Referenz Spektrum: (siehe
Abschnitt 9.3) (im folgenden mit ,,BRS``
abgekürzt).
Weiterhin wurde auf den Einsatz eines RING Referenz Spektrum verzichtet. Für alle
nicht mit gometran bestimmten Spektren wurde in der DOAS Auswertung S&S
berücksichtigt.
Der resultierende Fehler für die VC von NO2 ist im folgenden
definiert wie der in der O3 Auswertung. Abbildung 11.1
zeigt den Fehler e in der VC von NO2 für alle vier RING Referenz Spektren
und wenn kein RING Referenz Spektrum einbezogen wird.
Die Beschreibung der Fehler für die einzelnen RING Referenz Spektren
lautet wie folgt:
SRS: Die Auswertung mit dem SRS Spektrum diente lediglich
der Konsistenzprüfung, da das Spektrum I+, also die Strahlung mit
Berücksichtigung von RRS (gemäß der Schreibweise in
Kapitel 8) sowohl in die Bestimmung des RING Referenz Spektrums als
auch in der optischen Dicke eingeht. Wie erwartet ist e klein, und
sein Absolutbetrag ist nicht größer als 0.2%.
SAO: Der Fehler nach Einsatz des SAO RING Referenz Spektrums ist
für kleine SZA überraschend klein und erreicht Höchstwerte von
etwa 4% für SZA größer als 90%. Die SZA Abhängigkeit ist
erwartet worden, da das RING Referenz Spektrum keine Gasabsorptionsstrukturen
beinhaltet (siehe Abschnitt 9.4), dafür aber die
ausgewertete optische Dicke. Die Strukturen werden größer für
zunehmende SZA, und damit wird der Fehler für zunehmende SZA
größer.
FMRS & BRS: Nach Anpassung der spektralen Auflösung
sind die beiden RING Referenz Spektren im direkten Vergleich sehr ähnlich, daher
ist es um so erstaunlicher, daß der Fehler für das FMRS zwischen
19% und 8.5% für 30o und 90o liegen, wobei der
Absolutbetrag des größten Fehlers für BRS 11% nicht übersteigt.
In beiden Fällen ergeben sich größte Fehler für kleinste SZA.
Für den Einsatz eines BRS Spektrums, welches für 65o oder
75o gemessen wurde, ist der Fehler größer, als wenn kein RING Referenz Spektrum
berücksichtigt wurde. Maximalfehler ergeben sich für das bei
75o gemessene BRS Spektrum, die zwischen etwa 11% für kleine
SZA und 6% für große liegen. Kleinste Fehler rangieren um -2.9%
für kleine SZA und 3.2% für große SZA. Die SZA Werte, für die
die BRS Spektren bestimmt wurden, sind in Abbildung zusätzlich durch
einen Stern markiert. Sie kennzeichnen die SZA Werte, für die die
RING Referenz Spektren adäquat sein sollten. Damit ergeben sich kleinste
Fehlerwerte für die BRS Spektren, die für 82o und 87.5ogemessen wurden.
Keine Einbeziehung eines RING Referenz Spektrum: Der durch die
Vernachlässigung des RING Referenz Spektrums resultierende Fehler liegt zwischen
6% für große SZA und 8.5% für SZA im Bereich um 30o.
Resultate
Es zeigt sich für alle Spektren, die nicht mit gometran bestimmt wurden,
daß der Fehler bei tiefstehender Sonne (SZA> 90o) einem
Grenzwert zwischen 3-8% zustrebt. Die vereinfachten Berechnungen mit
einem RING Referenz Spektrum ohne NO2 (Tabelle 11.3) lagen bei
5%. Dies kann als Indiz gewertet werden, daß der NO2 Gehalt
(sofern vorhanden) mit zunehmenden SZA weniger Einfluß besitzt.
Im folgenden werden die Ergebnisse untereinander verglichen.
BRS vs. FMRS: Der Grund für das unterschiedliche
Verhalten von BRS und FMRS sind mit größter Wahrscheinlichkeit
technische Probleme mit dem FMRS und die unterschiedliche Auflösung
der Spektren. Die DOAS Auswertung wird üblicherweise für eine
Auflösung durchgeführt, die der geringsten Auflösung entspricht,
welche in die Auswertung eingeht. Dies ist im hier dargestellten Fall
die Auflösung der BRS Spektren. Alle weiteren in die Auswertung
eingehenden Spektren sind vorzugsweise mit dem GOME-FM gemessen worden
und haben damit größere Auflösung. Sie müssen also zu
Auswertungszwecken auf die Auflösung der BRS Spektren
heruntergefaltet werden. Durch diese Maßnahme werden kleinere
Verschiebungsfehler und Rauschen in der Auswertung erfolgreich
unterdrückt (Burrows et al., 1998b).
SRS vs. BRS und FMRS: Aufgrund der
signifikant unterschiedlich großen Fehler relativiert sich daher die
jeweils gute Übereinstimmung des BRS und FMRS mit dem SRS. Es
stellt sich die Frage, welche Gründe für die relativ großen Fehler
vorliegen. Die wichtigsten Gründe seien im folgenden aufgelistet:
- 1.
- Bereits in Abschnitt 10 wurde dargestellt, daß
technische Gründe vorliegen, die zu einer zusätzlichen NO2
Signatur in den experimentellen RING Referenz Spektren führen können.
Weiterhin können allgemeine Definitionsunterschiede zwischen
Modell- und Experimentaldaten zu den beobachteten Unterschiede
führen (vergleiche mit Abschnitt 7).
- 2.
- Von der Modellatmosphäre signifikant abweichende
atmosphärische Parameter für die experimentellen RING Referenz Spektren wie
z.B. die NO2 VC, Aerosolbelastung oder/und Bodenalbedo.
- 3.
- Unterschiedliche Auflösungen des RING Referenz Spektrums und der modellierten
optischen Dicke: Die visuelle Inspektion der genutzten Spektren
zeigt allerdings, daß ein Auflösungsunterschied zwischen RING Referenz Spektrum
und optischer Dicke nicht auszumachen ist.
- 4.
- S&S Fehler: Der S&S Algorithmus wurde erfolgreich validiert
(V. Rozanov , 1997, persönliche Mitteilung ), somit ist fraglich, warum die Korrekturen in
Bezug auf das RING Referenz Spektrum versagen sollten.
- 5.
- Rauschen: Die visuelle Inspektion zeigt für keines der
genutzten RING Referenz Spektren signifikantes Rauschen.
Wie schon in der Anwendung auf vereinfachte Modelldaten (siehe
Abschnitt 11.2) wurde auch hier die gezielte
Variation bestimmter atmosphärischen Parameter durchgeführt. Mit
dieser Strategie sollte auf eine andere Weise geprüft werden, ob die
Unterschiede zwischen der Modellatmosphäre für die RING Referenz Spektren und
der der optischen Dicke ähnliche NO2 VC-Fehler induzieren kann
wie für die experimentellen RING Referenz Spektren.
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Marco Vountas
