Das Satellitenprojekt GOME (Global Ozone Monitoring Experiment)

1. Mitarbeiter/innen und Förderung

R. de Beek
M. Buchwitz
K. Bramstedt*
J. P. Burrows
K.-U. Eichmann*
M. Eisinger*
C. Haite*
L. Hild*
R. Hoogen*
A. Ladstätter-Weißenmayer
A. Menkhaus*
S. Noel
A. Richter
V.V. Rozanov
M. Vountas
M. Weber
F. Wittrock*

Projektförderung durch Staat Bremen, BMBF, EU, und ESA (European Space Agency).

2. Zusammenfassung

Im April 1995 startete der europäische Erdfernerkundungs-Satellit ERS-2, u.a. mit dem Instrument GOME an Bord, in eine sonnen-synchrone, fast polare Umlaufbahn. GOME ist ein UV/VIS Doppelmonochromator-Spektrometer, welches das von der Erde zurückgestreute und reflektierte Sonnenlicht in Nadir-Geometrie im Wellenlängenbereich von 240 - 790 nm mit einem Auflösungsvermögen von 0,2 - 0,4 nm detektiert, zusätzlich werden täglich eine Messung der direkten Sonnenstrahlung durchgeführt.

Seit Anfang 1996 stehen kontinuierlich globale UV/VIS Spektraldaten zur Verfügung. Aus diesen Spektren lassen sich globale Verteilungen wichtiger atmosphärischer Spurengase, wie z.B. Ozon, NO2, OClO, BrO, und Wasser ableiten. Desweiteren lassen sich u.a. Aerosol- und Wolkenparameter sowie spektral aufgelöste Bodenreflektionseigenschaften bestimmen. Der Schwerpunkt der GOME Mission liegt in der Überwachung der globalen Ozonverteilung und in der Messung weiterer für die Ozonchemie relevanter Spurengase.

Die Leitung der wissenschaftlichen Beratung des ESA-Projekts GOME hat das Institut für Fernerkundung / Institut für Umweltphysik (ife/iup) (Prof. Burrows) inne. Neben wissenschaftlichen Studien wurden Arbeiten zur Instrumentenkalibration, Algorithmen-Entwicklung und Validierung der Satellitendatenprodukte durchgeführt.

Die wissenschaftlichen Arbeiten am ife/iup im Zusammenhang mit GOME umfassen:

  1. Spurengasauswertung von BrO, OClO (Antarktis) und troposphärischem SO2 (Vulkanausbruch).
  2. Bestimmung von Wassergesamtsäulen mit Hilfe eines modifizierten DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) Verfahrens
  3. Weiterentwicklung und Optimierung des Auswertealgorithmus FURM (Full Retrieval Method) zur Bestimmung von Ozonvertikalprofilen unter Verwendung eines fortgeschrittenen Advanced Optimal Estimation Inversionsverfahrens und des Strahlungstransportmodells GOMETRAN; Validierung von GOME Profilen mit kollokierten Ozonsondenmessungen und anderen Satellitenexperimenten; Erstellen von täglichen 3D Ozonverteilungen in der Nordhemisphäre im arktischen Frühling 1997-1999; die Bestimmung von höhenaufgelösten Ozonverlustraten in der Arktis und Untersuchungen von synoptischen 3D Ozonverteilungen z.B. Ozonminilöcher.
  4. Berechnung eines GOME Indikators für die Variabilität der solaren Strahlungsflußdichte mit dem 11 Jahre dauernden Aktivitätszyklus.
  5. Modellierung der biologisch wirksamen UV Strahlendosis am Boden unter Hinzunahme der GOME Daten, Teilnahme am UV-Modellvergleich im Rahmen von COST (European COoperation in the field of Scientific and Technical research, Aktion: UVB forecast).

3. Anwendungsbeispiele

SO2 in Europa


Abbildung 1: GOME SO2 Messungen in Europa gemittelt über dem Zeitraum 15-29 Februar 1996. Die erhöhten SO2 Werte entstammen vermutlich den Kohlekraftwerken in Bulgarien und Rumänien. Diese Kraftwerke verbrennen stark schwefelhaltige Kohle. Während dieser Zeit waren die Bodentemperaturen im Vergleich zu langjährigen Monatsmittel sehr niedrig, so dass private Haushalte möglicherweise zu den hohen SO2 Werten beigetragen haben (Eisinger and Burrows, 1999)

Arctic Ozone loss 1997


Abbildung 2: Der Verlauf des im Polarwirbel gemittelten Ozonmischungsverhältnis bei 475 K (ca. 19 km Höhe) im arktischen Frühjahr 1997. Zwischen Mitte Februar und Anfang Mai 1997 wurde ein chemischer Ozonverlust von 52% ermiitelt. Die gefüllten Punkte sind die Ergebnisse der GOME Messungen und die Fehlerbalken geben die 1-sigma Standardabweichung für die Mittelwerte wider. Die durchgezogene Kurve zeigt den Ozonverlauf nach Abzug der diabatischen Änderungen des Ozons (siehe unterer Plot), die mit Hilfe eine breitbandigen Strahlungstransfermodell berechnet wurden. Die Steigung der an die letztere Kurve angepassten Gerade liefert den mittleren chemischen Ozonabbau, der mit 20ppbv pro Tag berechnet wurde.

4. Zusammenarbeit

AWI, Potsdam; DLR, Oberpfaffenhofen; IMGA-CNR, Modena/Italien; MPI für Chemie, Mainz; NASA GSFC Maryland, USA; RAL Chilton, UK; SAO Cambridge, USA, FZ Jülich, U. Wuppertal.

5. Veröffentlichungen 1999

  1. K. Bramstedt, K.-U. Eichmann, M. Weber, R. Hoogen, V. Rozanov, and J.P. Burrows, Ozone depletion in the Arctic spring calculated from GOME Ozone Profiles, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 225-229, 1999.
  2. J.P. Burrows, M. Weber, M. Buchwitz, V.V. Rozanov, A. Ladstädter-Weissenmayer, A. Richter, R. de Beek, R. Hoogen, K. Bramstedt, K.-U. Eichmann, M. Eisinger und D. Perner, The Global Ozone Monitoring Experiment (GOME): Mission Concept and First Scientific Results, J. Atm. Sciences, 56, pp 151-175, 1999.
  3. K.-U. Eichmann, K. Bramstedt, M. Weber, V.V. Rozanov, R. Hoogen and J.P. Burrows, O3 profiles from GOME satellite data - II: Observations in the Arctic spring 1997 and 1998, Physics and Chemistry of the Earth, in press, 1999.
  4. K.-U. Eichmann, K. Bramstedt, M. Weber, R. Hoogen, V.V. Rozanov, and J.P. Burrows, Structure of ozone mini-holes from GOME, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 231-236, 1999.
  5. M. Eisinger and J.P. Burrows, GOME observations of tropospheric sulfur dioxide, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 421-424, 1999.
  6. M. Eisinger, I. Aben, C. Tanzi, E. Hegels, and J.P. Burrows, In-orbit Monitoring of GOME Polarisation sensitivity, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 421-424, 1999.
  7. A.P.H. Goede, C.P. Tanzi, I. Aben, J.P. Burrows, M. Weber, D. Perner, P.S. Monks, G.K. Gorlett B. Arlander, U. Platt, T. Wagner, K. Pfeilsticker, P. Talaas, H. Kelder, and A. Piters, GODIVA, A European Project for Ozone and Trace Gas Measurements from GOME, Advances in Space Research, in press, 1999.
  8. A.P.H. Goede, C.P. Tanzi, M.M.P. van den Broek, I. Aben, J.P. Burrows, M. Weber, F. Wittrock, U. Platt, T. Wagner, K. Pfeilsticker, P.S. Monks, D. Llewellyn-Jones, G.K. Gorlett D.W. Arlander, G. Hansen D. Perner, H. Harder, P. Talaas, H. Kelder, A. Piters, H. eskes, GODIVA, An EC climate and environment project for the improvement of GOME data, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 687-691, 1999.
  9. L. Hild, A. Richter, F. Wittrock, M. Weber, A. Ladstätter-Weißenmayer, R. Spang, K.-U. Grossmann, J.P. Burrows, A study of PSC Activation of Chlorine during the Austral winter 1997, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 343-346, 1999.
  10. R. Hoogen, V.V. Rozanov and J.P. Burrows, Ozone profiles from GOME satellite data: Algorithm description and first validation, accepted for publication in JGR, 104, 8263-8280, 1999.
  11. R. Hoogen, V.V. Rozanov, K. Bramstedt, K.-U. Eichmann, M. Weber and J.P Burrows, Validation of ozone profiles from GOME satellite data, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 675-679, 1999.
  12. A. Ladstätter-Weissenmayer, J.P. Burrows, P. Crutzen, and A. Richter, GOME: Biomass burning and its influence on the troposphere, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 369-374, 1999.
  13. A. Richter, F. Wittrock, and J.P. Burrows, GOME Observations of tropospheric BrO, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 407--413, 1999.
  14. A. Menkhaus, M. Weber, C. Haite, and J.P. Burrows, Surface UV modelling using GOME data, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 325-332, 1999.
  15. R. Müller, J.-U. Grooss, D.S. McKenna, P.J. Crutzen, C. Brühl, J.M. Russell III, L.L. Gordley, J.P. Burrows, and A.F. Tuck, Chemical ozone loss in the Arctic vortex in the winter 1995-96: HALOE measurements in conjunction with other observations, Ann. Geophysicae vol. 17, 101--114, 1999.
  16. S. Noel, M. Buchwitz, H. Bovensmann, R. Hoogen, and J. P. Burrows, Water vapour retrieval from GOME data, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 375-381, 1999.
  17. S. Noel, M. Buchwitz, H. Bovensmann, R. Hoogen. and J. P. Burrows, Atmospheric water vapor amounts retrieved from GOME satellite data, Geophys. Res. Letters, 26, 1841--1844, 1999.
  18. C.P. Tanzi, E. Hegels, I. Aben, K. Bramstedt, and A.P.H. Goede, Performance Degradation of GOME Polarization Monitoring, Advances in Space Research (in press), 1999.
  19. C.P. Tanzi, E. Hegels, I. Aben, K. Bramstedt, and A.P.H. Goede, Preliminary results on the performance degradation of Earth radiation spectra measured by GOME, Optical Remote Sensing of the Atmosphere and Clouds, eds. J. Wang, B. Wu, T. Ogawa, and Z. Guan, Proceedings of SPIE 3501, 429--438, 1998.
  20. M. Weber, Solar Activity during solar cycle 23 monitored by GOME, European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, Proc. ESAMS'99, ESA-WPP-161, 611-616, 1999.

6. Veröffentlichungen 1998

  1. J.P. Burrows, M. Weber, K.-U. Eichmann, K. Bramstedt, A. Richter, R. Hoogen, A. Ladstätter-Weißenmayer and M. Buchwitz, GOME/ERS-2 total O3 and NO2 measurements during Arctic spring 1996 and 1997, Proc. Fourth European Symposium on Stratospheric Ozone Research, Schliersee, Germany, September 1997, pp 419-422, ISBN 92-828-2365-2, 1998.
  2. R. de Beek, Bestimmung von Ozonvertikalprofilen aus Messungen des Satelliteninstruments GOME im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich, Ph.D. Thesis, U. Bremen, 1998.
  3. M. Dobber, A.P.H. Goede, J.P. Burrows, Observations of the moon by the Global Ozone Monitoring Experiment: Radiometric calibration and lunar albedo, Appl. Opt., 37, 7832-7841, 1998.
  4. K.-U. Eichmann, M. Weber, K. Bramstedt, R. Hoogen, V.V. Rozanov and J.P. Burrows, Ozone profile distributions in the Arctic from GOME satellite observations during spring 1997 and 1998, Proc. of Satellite Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere III, Barcelona, 357-366, 1998.
  5. M. Eisinger and J.P. Burrows, Tropospheric sulfur dioxide observed by the ERS-2 GOME instrument, GRL Vol. 25, pp 4177-4180, 1998.
  6. M. Eisinger and J.P. Burrows, Observations of SO2 from volcanic plumes, Earth Obs. Quart., Vol. 58, pp 16-18, 1998.
  7. R. Guzzi, J.P. Burrows, E. Cattani, M. Cervino, T. Kurosu, C. Levoni and F. Torricella, GOME Cloud and Aerosol Data Products Algorithms Development, Tech. Report, European Space Agency, 1998.
  8. R. Hoogen, V.V. Rozanov, K. Bramstedt, K.-U. Eichmann, M. Weber, R. de Beek, M. Buchwitz and J. Burrows, Height-resolved ozone information from GOME data, Earth Obs. Quart., Vol. 58, pp 9-10, 1998.
  9. R. Hoogen, V.V. Rozanov, K. Bramstedt, K.-U. Eichmann, M. Weber and J.P Burrows, Validation of ozone profiles from GOME satellite data, Proc. of Satellite Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere III, Barcelona, 367-378, 1998.
  10. P. Köpke, P., A. Bais, D. Balis, M. Buchwitz, H. De Backer, X. de Cabo, P. Eckert, P. Eriksen, D. Gillotay, T. Koskela, B. Lapeta, Z. Litynska, J. Lorente, B. Mayer, A. Renaud, G. Schauberger, G. Seckmeyer, P. Seifert, A.W. Schmalwieser, H. Schwander, K. Vanicek and M. Weber, Comparison of Models used for UV Index Calculations, Photochemistry and Photobiology vol. 67, 657-662, 1998.
  11. A. Ladstätter-Weissenmayer, J.P. Burrows and D. Perner, Biomass burning over Indonesia as observed by GOME, Earth Obs. Quart., Vol. 58, pp 9-10, 1998.
  12. A. Richter, F. Wittrock, M. Eisinger and J.P. Burrows, GOME Observations of tropospheric BrO in northern hemispheric spring and summer 1997, Geophys. Res. Letters, Vol. 25, pp 2683-2686, 1998.
  13. A. Richter, M. Eisinger, F. Wittrock and J.P. Burrows, Measurements of halogen oxides by GOME, Earth Obs. Quart., Vol. 58, pp 19-20, 1998.
  14. V.V. Rozanov, T. Kurosu, and J.P. Burrows, Retrieval of atmospheric constituents in the UV-visible: A new quasi-analytical approach for the calculation of weighting functions, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, Vol. 60, 277-299, 1998.
  15. M. Vountas, V.V. Rozanov and J.P. Burrows, Ring Effect: Impact of Rotational Raman Scattering on Radiative Transfer in Earth's Atmosphere, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, Vol. 60(6), 943-961, 1998.
  16. M. Weber, J.P. Burrows and R.P. Cebula, GOME Solar UV/VIS Irradiance Measurements between 1995 and 1997 - First Results on Proxy Solar Activity Studies, Solar Physics, Vol. 177, pp 63-77, 1998.
  17. M. Weber, K.-U. Eichmann, K. Bramstedt and J.P. Burrows, GOME observations of the NH and SH ozone holes in 1996 and 1997, Earth Obs. Quart., Vol. 58, 3-5, 1998.

    18. Verantwortlich: M. Weber
    Erstellt von: Kai-Uwe Eichmann
    Letzte Änderung: 2.11.1999