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GOME- Daten
Neben der Auswertung der modellierten optischen Dicken ist es zur
Beurteilung der verschiedenen RING Referenz Spektren notwendig, auch experimentelle
optische Dikken heranzuziehen. Zwar ist in diesem Fall der
resultierende Fehler in der NO2 VC nicht zu bestimmen, allerdings
läßt sich über die Relation der einzelnen NO2 VC für
verschiedene RING Referenz Spektren ein Eindruck gewinnen, ob auch hier die
Unterschiede zwischen den VC Werten ähnlich groß sind, wie schon
für die Modelldaten.
Ein weiterer Vorteil dieser Strategie ist die Tatsache, daß das FMRS
Spektrum nun adäquat in Bezug auf die optische Dicke sein sollte, da
beide vom selben Instrument gemessen wurden.
Die optische Dicke wurde mit den bereits in
Abschnitt 9.2 beschriebenen GOME Daten bestimmt. Die
Auswertung wurde mit verschiedenen RING Referenz Spektren durchgeführt: Einem SRS
Spektrum für 60o SZA, welches in Abschnitt 11.3
beschrieben wurde, dem (adäquaten) FMRS Spektrum, allen BRS
Spektren, dem SAO Spektrum, sowie keinem RING Referenz Spektrum. Das
Auswertungsergebnis, also die NO2 VC, zeigt
Abbildung 11.3.
Im Mittel liegt die NO2 VC bei etwa 6 1015 Molekülen
[cm-2]. Dabei unterscheiden sich die Ergebnisse je nach
eingesetzten RING Referenz Spektrum. Um eine Aussage über die Relation der
Ergebnisse zueinander zu machen, wurden sie relativ zu dem VC Wert
für das SRS Spektrum dargestellt:
wobei 
die ausgewertete NO2 VC für die
unterschiedlichen RING Referenz Spektren darstellt. 3pt
FMRS: Für die 
Werte zeigt sich, wie schon für
die Modelltests des vorherigen Abschnitts, ein ähnliches Verhalten.
Die Differenz zwischen den Auswertungsergebnissen für das SRS und
FMRS sind wieder etwa 19%.
BRS: Neben dem FMRS können größte Abweichungen mit
dem BRS Spektrum für 87.5o beobachtet werden. Beachtenswert ist
die Größe der Differenz (
16%) und ihr
Vorzeichen. Während das Vorzeichen für die FMRS Abweichung positiv
ist, ist sie für alle BRS Spektren negativ. Die kleinsten
Abweichungen ergeben sich für die BRS Spektren, die für 65- und
75o SZA gemessen wurden.
SAO: Das SAO Spektrum zeigt für die VC im Vergleich
zu den Modellergebnissen deutlich größere Abweichung zu der VC, die
mit SRS berechnet wurde. Auch diese Abweichung hat negatives
Vorzeichen.
Keine Einbeziehung eines RING Referenz Spektrum: Die fehlende
Einbeziehung eines RING Referenz Spektrums führt zu Abweichungen zum SRS Ergebnis
von etwa -5%. Diese Abweichung ist geringer als der beobachtete Fehler
für die Modelldaten.
Diskussion
Anstoß zu dieser Untersuchung war unter anderem die Vermutung, daß das
FMRS in Bezug auf die von GOME gemessene optische Dicke optimal sein
sollte. In diesem Sinne sollten also instrumentelle Einflüsse minimal
sein. Eine Abweichung des FMRS Ergebnisses zu dem des SRS von 19%
übersteigt sogar den Wert, der nach Anwendung auf Modelldaten erhalten
wurde (bei 60o war der Fehler etwa 16%). Dies Ergebnis läßt
vermuten, daß das FMRS doch nicht optimal zu den GOME Messungen
paßt. Wie bereits früher gezeigt werden konnte, kann der NO2
Gehalt (oder andere atmosphärische Parameter) im RING Referenz Spektrum keinen
solchen Unterschied rechtfertigen.
Die Gründe für den Unterschied könnten die Änderung instrumenteller
Parameter (geringfügige Änderungen von z.B. der Auflösung) während
der Flugphase sein. Auch die Messung selbst kann bereits
fehlerbehaftet gewesen sein. In Abschnitt 7 wurde
vorweggenommen, daß das FMRS im Vergleich zu den BRS Spektren ein
kleineres SN besitzt. Weiterhin sind am Tage der Messung Wolkenfelder
durchgezogen, die ebenfalls nachteilige Wirkung gehabt haben können
(siehe Abschnitt 9.3).
Nur der Einsatz der BRS Spektren, die für 55, 65 und 75o SZA
gemessen wurden, liefert eine kleinere Abweichung zum SRS Ergebnis als
die Vernachlässigung eines RING Referenz Spektrums. Obwohl damit nichts über die
Güte der Spektren gesagt werden kann, zeigen sie einen vernünftigen
Trend, da nämlich der SZA der ausgewerteten optische Dicke mit
63o in diesem Bereich lag. Somit erklärt sich auch die große
Abweichung für das BRS Spektrum bei 87.5o SZA, welches von
allen BRS Spektren bei der Anwendung auf Modelldaten kleinste Fehler
und damit kleinste Abweichungen von den SRS Spektren erzeugte.
Neben der beobachteten Abweichungen in der NO2 VC zeigt sich im
Vergleich zu den anderen eingesetzten RING Referenz Spektren, daß der
Anpassungskoeffizient Sr zur Lösung der DOAS Grundgleichung
(Gleichung 11.1), also die schräge Säule des
RING Referenz Spektrums, für das FMRS signifikant kleiner ist als für die anderen
zum Einsatz gekommenen RING Referenz Spektren. Kaum Skalierung erforderte das SRS
Spektrum. Leichte Skalierung war für das SAO Spektrum und die BRS
Spektren erforderlich. Andererseits konnte grundsätzlich keine
Korrelation zwischen Sr und den beobachteten Abweichungen gefunden
werden.
iup- Daten
Eine von A. Richter durchgeführte Untersuchung, in der SRS Spektren
auf am iup gemessene Daten angewendet wurden (Richter, 1997a),
zeigte deutlich andere Ergebnisse. Neben den BRS Spektren wurde die
optische Dicke mit Daten des Bremer Spektrometers
bestimmt.
Schwerpunktmäßig wurden die schräge Säule (SC, engl.: Slant
Column ) von NO2 und die Standardabweichung des
Residuum 
(siehe Anhang D)
untersucht.
BRS: Zunächst wurden die iup Messungen der optischen
Dicke mit den (adäquaten) BRS Spektren ausgewertet. Bei Verwendung
eines BRS Spektrums für den SZA, für den auch die optische Dicke
gemessen wurde, war allerdings in den seltensten Fällen
minimal. Hiernach wurden die NO2 SC Werte als Funktion des SZA
für alle BRS Spektren mit einem über den SZA gemittelten BRS
Spektrum verglichen. Relativ große Abweichungen zu den Ergebnissen
für das mittlere BRS Spektrum ergab sich nur für das BRS Spektrum
bei 80-90o. A. Richter führte dieses Verhalten auf
mögliche troposphärische NO2 Verschmutzung zurück, die besonders
bei der Messung der BRS Spektren bei großen SZA Einfluß hat.
Interessant hierbei ist die Tatsache, daß auch der für RING Referenz Spektrum
Messungen ,,sichere`` SZA Bereich zwischen 50o und 90o (siehe
Abschnitt 7) weder kleinste Residuen erzeugt noch
eine ,,einheitliche SZA-Abhängigkeit`` aufweist.
SRS: Für die Anwendung von mit gometran simulierten RING Referenz Spektren
wurde die Modellierung an das spezifische Szenario der Messung
angepaßt: Nutzung der MPI Klimatologie für den Monat Juni bei
70o nördlicher Breite. Als Sonnenspektrum wurde der FRAUNHOFER Atlas
von Kurucz et al. (1984) (siehe Anhang A) verwendet. Die
resultierende Radianz, mit und ohne Einbeziehung von RRS wurde
hiernach mit der für den Tag der Messung aufgenommenen Spaltfunktion
des Spektrometers gefaltet. Die in die Modellierung eingehenden
Absorptionsquerschnitte waren dieselben wie die, die für die DOAS
Auswertung benutzt wurden.
In allen untersuchten Fällen waren die Reststrukturen für die SRS
Spektren größer als für die BRS Spektren. Weiterhin wurden die
ausgewerteten Werte für die NO2 SC mit den Ergebnissen für das
mittlere BRS Spektrum verglichen. Beim Einsatz des für den
ausgewerteten SZA passenden RING Referenz Spektrums ergaben sich Abweichungen,
die verglichen mit der Auswertung mit mittleren BRS durchweg größer
waren.
Neben der Untersuchung der Güte der SRS Spektren für SZA, für die
die Spektren berechnet wurden, setzte Richter die
Spektren auch für alle anderen SZA ein. Die geringste Abweichung
zum Ergebnis für das mittlere BRS Spektrum zeigte hierbei das SRS
Spektrum, das für den kleinsten SZA bestimmt wurde (50o).
Diskussion
In dieser Untersuchung waren die BRS Spektren in Bezug auf die
ausgewertete optische Dicke adäquat. Obwohl, wie schon in der
Auswertung der GOME Daten, auch hier die wahren Werte für die
schräge bzw. vertikale Säule von NO2 nicht bekannt sind, zeigt
sich, daß die BRS Spektren weniger stark streuende Ergebnisse
erzeugen als die SRS Spektren. Weiterhin sind die
Standardabweichungen für die Residuen bei Auswertung mit SRS
Spektren immer größer als bei der Auswertung mit BRS Spektren.
Da es sich bei dem für die Modellierung genutzten Sonnenspektrum um
den Solaratlas von Kurucz et al. handelt, ist damit zu
rechnen, daß Fehler in den SRS Spektren durch die Verwendung dieses
Spektrums induziert wurden. Gründe hierfür sind z.B.
(terrestrische) atmosphärische Restabsorptionsstrukturen im
Sonnenspektrum, da das Sonnenspektrum am Boden gemessen wurde.
Die ausgewerteten SC Werte für NO2 sind nach dem Einsatz der
SRS Spektren für fast alle SZA größer als für nach dem Einsatz
der BRS Spektren. Dies deutet auf einen gegenüber den BRS Spektren
höheren NO2 Anteil hin.
Eine weitere, nicht leicht zu prüfende Möglichkeit, ist der
prinzipielle Unterschied zwischen dem Experimental- und Modellansatz.
Letztendlich kann nur die Zuhilfenahme unabhängiger Messungen von
NO2 klären, welche RING Referenz Spektren am besten geeignet sind, um den
Einfluß des RING Effektes in der DOAS Spurengasauswertung
vollständig zu kompensieren.
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Marco Vountas
