Überwachung der stratosphärischen Ozonschicht

Satelliten ermöglichen die kontinuierliche und globale Messung einer Vielzahl von atmosphärischen Spurenstoffen und sind daher für die globale Überwachung der Erdatmosphäre von großer Bedeutung. Die satellitengestützte Messung von Ozon basiert auf spektroskopischen Methoden, die sich die charakteristische Absorption oder Emission elektromagnetischer Strahlung durch die Ozonmoleküle zunutze machen. Das lässt sich anschaulich so verstehen, dass man die Ozonmenge in der Luft anhand einer (sehr genauen) Bestimmung der Farbe der Atmosphäre bestimmt. Seit Ende der 70er Jahre liefern die Satelliteninstrumente TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) und SBUV (Solar Backscatter Ultraviolet), die durch die amerikanische Raumfahrtagentur NASA betrieben werden, globale Messungen des Gesamtozongehalts der Atmosphäre.

Seit 1995 liefert das GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) Instrument auf dem europäischen Satelliten ERS-2 (European Research Satellite-2) globale Messungen von Ozon und einer Reihe weiterer Spurengase, die für die stratosphärische Ozonchemie relevant sind, beispielsweise Stickstoffdioxid (NO2) und Chlordioxid (OClO). Die OClO Messungen stellen ein Maß für die Chloraktivierung (Freisetzung der Cl Atome) dar (siehe Abbildung 4). Seit März 2002 befindet sich das Instrument SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY) – eine Weiterentwicklung des GOME Instruments – auf dem europäischen Satelliten Envisat und führt bis zum heutigen Tage Messungen der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre durch.

• Abbildung 4 (größeres Bild per Klick):
• Links: August-Mittelwerte der schrägen Säulendichten von OClO über der Antarktis aus GOME und SCIAMACHY Daten von 1995 bis 2006.
• Rechts: Februar-Mittelwerte über der Arktis der Jahre 1996 bis 2007.
• Die Grösse der OClO Säulen ist ein Mass für die Chloraktivierung durch polare stratosphärische Wolken (Abb. 2), eine wichtige Voraussetzung für einen massiven Ozonabbau im polaren Frühjahr. Während die Chloraktivierung in der Südhemisphäre in allen Jahren sehr hoch ist, variiert sie in der Nordhemisphäre sehr stark. In kalten arktischen Winter wie 1996, 1997, 2000, 2005, und 2007 wurde mehr OClO beobachtet, in anderen Jahren waren die stratosphärischen Temperaturen zu warm für eine ausreichende Chloraktivierung. Ähnlich wie beim Ozon, scheint ein Rückgang der Chloraktivierung als Resultat des Montrealer Abkommens zumindest in der Südhemisphäre noch nicht klar erkennbar.

Das Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen ist an den Satelliteninstrumenten GOME und SCIAMACHY maßgeblich beteiligt. Am IUP der Universität Bremen werden die Verteilungen einer Vielzahl atmosphärischer Substanzen routinemäßig aus den GOME und SCIAMACHY Messungen abgeleitet und der Öffentlichkeit durch Online-Archive zur Verfügung gestellt (GOME Datenarchiv, SCIAMACHY Datenarchiv). Durch eine Reihe von GOME Nachfolgeinstrumenten, die sich auf den meteorologischen operationellen (MetOP) Satelliten befinden, ist die kontinuierliche Überwachung der stratosphärischen Ozonschicht und des Chlorgehalt durch europäische Missionen bis 2018 gewährleistet.

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