Chemische und klimatologische Studien an

einem sehr hohen Turm im Amazonas:

Amazonian Tall Tower Observatory (ATTO)

Ivonne Trebs (Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz)

o Bestimmung der Quellen und Senken der Treibhausgase CO2, CH4 und N2O sowie

reaktiver Spurenstoffe für eine große repräsentative (homogene) ungestörte Waldfläche

in Amazonien

o Untersuchung des Kohlenstoffkreislaufes unter dem Einfluß der Klimaveränderung

o Untersuchung von Aerosolbildungsprozessen und deren Auswirkungen auf die

Wolkenbildung

o Untersuchung des turbulenten Austausches und von Transportprozessen in der

atmosphärischen Grenzschicht

o Entwicklung und Validierung dynamischer Vegetationsmodelle, Grenzschichtmodelle zur

Beschreibung des Wärme- und Feuchtigkeitsaustausches, sowie von Aerosol- und

Spurengasflüssen

o Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Klima, atmosphärischer Chemie/Physik

und dem Amazonas Ökosystem unter dem Einfluß von Landnutzungsänderungen

Ziele

Skalen

Längenskala [m]

10-2 10-1 100 101 102 103 104 105

1 y

1 m

1 d

1 h

1 min

1 s

Zeitska

la

in-canopy

Modellierung

10-2 10-1 100 101 102 103 104 105

1 y

1 m

1 d

1 h

1 min

1 s

1 y

1 m

1 d

1 h

1 min

1 s

Ferner-

kundung

Globale Modelierung

Prozeß-

studien und

Modellierung

Flugzeug &

mikromet.

Türme

enclosureMethodenenclosure

Messungen

an sehr hohen

Türmen

J. Kesselmeier: Biogenic organic compounds in the atmosphere: an introduction

ATTO Sichtfeld

(Footprint)

Februar 2009

C. Gerbig MPIBGC

80 m

320 mCO2 profiler

Picarro flux instrument (CO2, CH4, H2O)

Raman Lidar System from Aerometrics

X-Band Radar

Wind Profiler Lidar (until 10 km)

Aerosol Lidar

Vergleichbarer Turm in

Sibirien (ZOTTO)

ATTO besteht aus einem sehr hohen Turm (320 m), aus 4 kleineren

Türmen zur Bestimmung des turbulenten Austausches von

Spurenstoffen sowie aus Laborgebäuden

Meilensteine

21.05.2008 Einreichung des Projektantrages zum BMBF

15.11.2008 1. ATTO Workshop in Brasilien, Universidade do Estado do Amazonas

(UEA), Manaus

22.01. 2009 Einreichung des Projektplanes zum MCT, Staatssekretär Prof. Dr. Luiz

Antônio Barreto de Castro

23.01. 2009 Einreichung des Projektplanes zum BMBF

12.03.2009 Absichtserklärung durch das MCT (Prof. Dr. Sérgio Rezende) und das

BMBF (Prof. Dr. Annette Schavan) unterzeichnet

23.06.2009 2. ATTO Workshop in Brasilien, INPA, Manaus (Standortauswahl)

05-07.08.2009 1. ATTO Expedition zur RDS Uatumã (Standortbesichtigung)

29.09.2009 ATTO Meeting am MCT, Brasília, Einreichung das Finanzplanes

17.10.2009 Unterzeichnung des wissenschaftlichen Kooperationsvertrages zwischen

INPA und MPIC

28-30.10.2009 2. ATTO Expedition zur RDS Uatumã (Lokalisierung der Zugangstraße)

Januar 2010 Lizenzen zu ersten Infrastrukturmaßnahmen

März 2010 Räumung der alten Zugangstraße, Bodensondierungen, Aufbau eines

meteorologischen Turmes (81m Mast)

April 2010 Einreichung des endgültigen Projektantrages zum BMBF

Oktober 2010 Beginn von meteorologischen Basismessungen am ATTO Standort

Die Absichtserklärung, welche am 12. März 2009 unterzeichnet

wurde, beinhaltet ein Budget von 8,4 Millionen €.

Die Kosten für die Konstruktion, der Ausrüstung und Meßgeräte

sowie den Betrieb werden zwischen Brasilien und Deutschland

aufgeteilt (50/50).

Budget

Amazonas State

ATTOBela Vista

Port Morena

Uatumã Reservat für

nachhaltige Entwicklung

Manaus

50 km

Vila de

Balbina

ATTO

Bela Vista

10

1 k

mBR

-17

4

Presidente

Figueiredo

Silves

Itacoatiara

São Sebastião do

Uatumã

Ramal Pau

Rosa (14 km)

Nach Einrichtung der Zugangstraße kann

der ATTO Standort von Manaus aus

innerhalb von 6 Stunden erreicht werden.

ATTO wird auf

einem Plateau

mit einer Höhe

von 100 m (asl)

etabliert.

Bela Vista

Luftbild vom ATTO

Plateau nach O-NO

Paleovárzea

Terra firme

Campina

1. Expedition zum ATTO standort

5-7 August 2009

RDS

Uatumã

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12 14 16

heig

ht

(m a

.s.l

.)

Distance from Uatumã River (km)

350 cm

2. Expedition zum ATTO Standort

28-30 Oktober 2009

26/02-13/03/2010 Öffnung der Zugangsstraße “Pau Rosa”

Bodensondierung

Rötlicher Ton mit geringem

Sandanteil und mittlerer

Kompaktion

Rötlicher Silt von geringer bis

mittlerer Kompaktion

Grundwasser

Feiner Sand mit geringem bis

mittleren Siltanteil und geringer

bis mittlerer Kompaktion

Tiefe

Ramal ATTO

(14 km Länge)

2010: Aufbau von einem 81 m hohen meteorologischen Mast inkl.

Infrastruktur für erste Pilotmessungen

2011: Aufbau des ersten 80 m hohen begehbaren Satellitenturmes

Geplante Messungen 2011: Meteorologie, Aerosolpartikel, CO, CO2,

CH4, Ozon über dem Waldbestand

weitere Planungen

Jahr 2011

Monat

Jahr 2012

Monat

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Planungen am Standort

Bau der Zugangstraße

Camp, Garage,

Stromversorgung

Turmfundamente

Turmbau

Anschaffung und Test

von Meßgeräten

Installation von ersten

Meßgeräten

Start der Messungen

SECT – Secretaria de Estado de Ciência e Tecnologia

SDS – Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável

CEUC – Centro Estadual de Unidades de Conservação

IDESAM – Instituto de Desenvolvimento Sustentável do Amazonas

SEINF – Secretaria de Estado de Infra-Estrutura

IPAAM – Instituto de Proteção Ambiental do Amazonas

Amazonas Energia

• Lizenzen (z.B. für Sondierungen, Turmbau)

• Bau einer Zugangsstraße (14 km)

• Hubschraubelandeplatz (50 x 50 m)

• Stromversorgung

Lizenz von Luftfahrtbehören (via comando aeronautica regional)

Unterstützung zur Infrastruktur

Deutschland

Institution: Max-Planck-Gesellschaft repräsentiert durch das Max-

Planck-Institut für Chemie; Repräsentant: Meinrat O. Andreae

Projektmanagement: Jürgen Kesselmeier

Wissenschaftler in Manaus: Jochen Schöngart

Brasilien

Institution: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia;

Repräsentant: Adalberto L. Val

Projektmanagement: Antônio O. Manzi

Wissenschaftler in Manaus: Julio Tóta

ATTO Repräsentanten / Büros

INPA, Manaus, Brazil Transportprozesse, Biomasse, Klassifizierung der Vegetation,

Biogeochemie, Pflanzenphysiology

MPIC, Mainz, Germany CO, flüchtige org. Verbindungen, reaktiver Stickstoff,

Oxidationsprozesse, Grenzschichtentwicklung;

Vegetationsklassifizierung des Footprints

UEA, Manaus, Brazil Wasserdampf, Meteorlogie, CCN, Aerosole,

Wolkeneigenschaften

USP, São Paulo, Brazil Aerosole, CCN

INPE, São Jose dos Campos, Brazil Turbulenz, Rauhe Unterschicht, Schwerewellen, Grenzschicht

UFSM, Santa Maria-RS, Brazil Turbulenter Austausch, Mesoskalige Prozesse

MPIBG, Jena, Germany Messungen von Treibhausgasen CO2, CH4, N2O,

Isotopen, LIDAR, Modelliereung

MPIM, Hamburg, Germany Klimamodellierung, Wasserkreislauf, Landnutzungsänderung,

Wolkenbildung, Synoptic; Grenzschichtprofile von Wasser und

Temperatur

IFT, Leipzig, Germany Aerosolmessungen auf 300 m Höhe; Größenverteilung, optische

Messungen

University, Helsinki, Finland Prozesse in der atmosphärischen Grenzschicht

Wageningen University, Netherlands Nächtliche Prozesse, Spurengasaustausch; up-scaling,

Modellierung

Harvard University, USA CO2-Kreislauf, Modellierung, Aerosoleigenschaften

Plattform für Training und Ausbildung von Technikern, Studenten und Doktoranden von nationalen und

internationalen Programmen

interessierte Partner

ORG-N

Grundwasser

Atmosphäre

Auswaschung

NH4+ NO3

-NO2-

N2

Diffusion

Mineralisation

Trockene

und nasse

Deposition

Aufnahme

Immobilisierung

Nitrifikation

DenitrifikationDNRA

Aufnahme

durch

Vegetation

Produktion

Biosphäre

Boden

NH3 NO N2OHNO2

Fixierung

Stickstoffkreislauf: turbulente Flüsse

ORG-N NH4+ NO3

-NO2-

N2O

NO3- NH4

+

Mineralisation

Immobilisierung

Nitrifikation

DenitrifikationDNRA

Fixierung

NH3 NO2HNO3 RO2NO2

HNO2 NO O3

N2

Stickstoffkreislauf: turbulente Flüsse

Atmosphäre

Biosphäre

Boden

Grundwasser

Auswaschung

Diffusion

Trockene

und nasse

Deposition

Aufnahme

Aufnahme

durch

Vegetation

Produktion

? Ist der ungestörte tropische Regenwald eine Quelle oder Senke für

reaktiven Stickstoff?

? Welchen Einfluß hat die Biomasseverbrennung während der

Trockenzeit auf den Austausch von reaktivem Stickstoff (wird der

Regenwald gedüngt)?

? Welche physico-chemischen Oberflächeneigenschaften

kontrollieren die Emission/Deposition von reaktivem Stickstoff ?

? Welche Prozesse kontrollieren die Aufnahme von Ozon und von

reaktivem Stickstoff durch Oberflächen?

Stickstoffkreislauf: offene Fragen

Beispiel Satellitenturm