Ozonvertikalverteilungen und stratosphärische Ozonvertikalverteilungen und stratosphärische Säulen von NO2, OClO, und BrO aus GOME und Säulen von NO2, OClO, und BrO aus GOME und

SCIAMACHY Nadirsatellitendaten: SCIAMACHY Nadirsatellitendaten: Optimierung der Datenprodukte und wissenschaftliche Studien zur Optimierung der Datenprodukte und wissenschaftliche Studien zur

Chemie und Dynamik der unteren StratosphäreChemie und Dynamik der unteren Stratosphäre

GOMSTRAT

M. Coldewey-Egbers, S. Dhomse, L. Nath Lamsal, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, S. Tellmann, M. Weber (PI), F. Wittrock

Universität Bremen, Institut für Umweltphysik

www.iup.physik.uni-bremen.de

AFO2000 Abschlussseminar, Bad Tölz, 22-24 März 2004

Motivation

Verbesserte Satellitendaten über die globale chemische Zusammensetzung der Stratosphäre mit Schwerpunkt GOME (1995-2003) und SCIAMACHY (ab 2002)

Globale Langzeitänderung im Zusammenhang mit Klimawandel

Jährliche Variabilität

Kontinuität und Homogenität der Messreihen

Untersuchungen zu dynamischen Beiträgen zur Ozonchemie und Ozontransport (Residualzirkulation)

Satellitenbeobachtung

Vergleich mit gekoppelten Klima- und Chemie-Transportmodellen

GOMSTRAT Aktivitäten

Zusammenfassung:

Erstellung globaler Säulendaten von GOME 1995-

2003: NO2, BrO, und OClO

Verbesserte Ozonsäulen- und profilauswertung

Erste Anwendungen mit SCIAMACHY (ab 2002)

Aktualisierte Ozonklimatologie (1990-2000) für

Inversionsverfahren und First-Guess Anwendungen

z.B. in Modellen

Untersuchungen zur Wintervariabilität von

Ozontransport und –chemie mit Hilfe von

Satellitendaten und Modellen (Zusammenarbeit mit

KODYACS, DLR-IAP, und DYCHO, AWI-Potsdam)

GOME Nadirozonprofile

neu (V6)alt (V5)

Verbesserte GOME Auswertung

Erweiterung des Spektralbereichs zu kürzeren UV Wellenlängen nach empirischer Rekalibrierung

Informationsgehalt erhöht für die obere Stratosphäre zwischen 35 und 50 km

Prozessierung der GOME Daten 1996-2003 für WMO Assessment

GOME V5GOME V6SAGE

neu (V6)

alt (V5)Informationsgehalt

Tellmann et al., ASR 2004

Neue Ozonsäulenauswertung

Neue Auswertemethode: Gewichtsfunktion-DOAS (WFDOAS)

Sehr gute Übereinstimmung von GOME mit Bodenmessgeräten (Brewer/Dobson)

Langzeitstabilität 1995-2003

Bessere Anpassung an langjährige Messreihen in Vergangenheit und Zukunft (TOMS, SCIAMACHY, OMI, GOME2)

Prozessierung der GOME Daten 1995-2003 in Vorbereitung für WMO Assessment

Anwendung für SCIAMACHY in Vorbereitung

WFDOAS (neu)

Brewer

GOME V3 (alt)

Neue Ozonklimatologie

Neue dynamische Ozon- und Temperaturklimatologie mit Kovarianzen

SAGE II/POAMII/Sonden Daten von 1990 bis 2000

Parameter: Gesamtozon (dynamischer Proxy) Region (hohe und mittlere Breiten, Tropen, NH und SH) Saison (Winter/Frühjahr und Sommer/Herbst)

Untersuchungen zur Ozon- und Tropopause und Temperatur Korrelation

Mögliche Anwendungen

Initialisierung von

CTM und GCMs

A-priori constraints in

Profilinversion

Ozonsäulen-

Auswertung (AMF,

Strahlungstransfer)

Lamsal et al., JGR, 2004, submitted

SH Ozonlochanomalie in 2002: Stratosphärische Säulen von GOME

Jährliche Variabiltät der stratosphärischen Säulen (1995-2001) im Vergleich zu dem Polarwinter 2002 mit erstem und bisher einzigem SH „Major warming“

Kontinuität der Nadirsäulenzeitserien mit SCIAMACHY ab 2002

Richter et al., JAS, submitted

www.doas-bremen.de

Troposphärischer Antrieb des Ozontransports und der -chemie

SH Anomalie 2002Kalte arktische Winter/Frühjahre

Aktualisiert von Weber et al. 2003

NH SH

SepMar3 3

3 3Sep Mar

O (Mar) O (Sep)= v'T' dt = v'T' dt

O (Sep) O (Mar)

Mar(Sep)

Mar(Sep)

90°SZA,vortexSep(Mar)Sep(Mar)

OClO dt = - v'T' dt

Wintervariabilität und Langzeittrends 1979-2003

Differenz März-September

50°N-90°NMultivariate Regressionsterme:

Estimated effective stratospheric chlorine (EESC) oder linearer Trend

stratosphärisches Aerosol

Winterwärmefluss (heat flux)

Prozessoriejtierte Validierung von gekoppelten Klimamodellen und Chemie-Transportmodelllen

Zusammenarbeit mit DYCHO (Rex et al.) und KODYACS (Dameris et al.)

GOMSTRAT PublicationsColdewey-Egbers, M., M. Weber, M. Buchwitz,

and J.P. Burrows, Application of a modified DOAS method for total ozone retrieval from GOME data at high polar latitudes, Adv. Space Res., in press, 2004.

Coldewey-Egbers et al., Novel total ozone retrieval algorithm for backscatter UV satellite instruments, ACP, Manuscript in preparation, 2004.

Lamsal, L.N., M. Weber, and J.P. Burrows, Dynamical climatology of ozone and temperature based on ozonesonde and satellite data,, J. Geophys. Res., submitted, 2004.

Richter, A., F. Wittrock, M. Weber, S. Beirle, J. Hollwedel, S. Küll, U. Platt, T. Wagner, W. Wilms-Grabe, and J.P. Burrows, GOME observations of stratospheric trace gas distributions during the splitting vortex event in the Antarctic winter 2002 Part I: Measurements, J. Atmos. Sci., submitted 2004.

Sinnhuber, B.-M., M. Weber, A. Amankwah, and J. P. Burrows, Total ozone during the unusual Antarctic winter of 2002, Geophys. Res. Lett., 30, 1850, doi:10.1029/2002GL016798, 2003.

Tellmann, S., V.V. Rozanov, M. Weber, and J.P. Burrows, Improvements in the tropical ozone profile retrieval from GOME UV/vis nadir spectra, Adv. Space Res., in press, 2004.

von Savigny, C., A. Rozanov, H. Bovensmann, K.-U. Eichmann, S. Noel, V.V. Rozanov, B.-M. Sinnhuber, M. Weber, J.P. Burrows and J. Kaiser, The ozone hole break-up in September 2002 as seen by SCIAMACHY on ENVISAT, J. Atmos. Sci., submitted 2004.

Weber, M., S. Dhomse, F. Wittrock, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, and J.P. Burrows, Dynamical control of<NH and SH winter/spring total ozone from GOME observations in 1995-2002, Geophys. Res. Lett. 30, 1853, doi:10.1029/2002GL016799, 2003.

Weber, M., S. Dhomse, F. Wittrock, A. Richter, B.-M. Sinnhuber, and J.P. Burrows, Der Einfluss der Dynamik auf den Ozontransport und die Ozonchemie in hohen Breiten, Ozonbulletin des Deutschen Wetterdienstes, Nr. 93, 25, Juni 2003.

Weber, M., et al., Validation of GOME total ozone retrieved using weighting function DOAS with ground based and TOMS V8 total ozone, ACP, Manuscript in preparation, 2004.

Perspektiven

Verbesserte Algorithmen sind nutzbar für zukünftige Nadirsensoren: OMI (ab 2004), GOME2 auf Metop 1, 2, und 3 (ab 2005, 2010 und 2015)

Kontinuität der globalen Messreihen von 1995 bis ~2020

Ergänzung der Nadirsäulendaten mit ENVISAT vertikalaufgelösten Limb/Okkultationsmessungen für detaillierte Untersuchungen atmosphärischer Prozesse von der Troposphäre bis zur Mesosphäre

Neue Ideen: SFBNeuer SFB: Flüsse durch Grenzschichten (Arbeitstitel)

Mögliche Partner: MPI-HH Modellierung

Hammonia, Maecham (bis 250 km) Ozean-Atmosphären Modell

Uni Oldenburg Oberste Meeresschicht/UV

Eintrag/atmosphärische Einträge? Solarenergie?

Uni Bremen Satellitenfernerkundung vom Boden bis zur

Mesosphäre Emissionseinträge Tracerozeanografie/Ozean-

Atmsophärenübergang? AWI Bremerhaven

UV Strahlung am Boden/Einwirkung auf Biosphäre

Universität Rostock Mesosphären-Stratosphären-Kopplung Mesosphäre und Klimarelevanz

Universität Osnabrück Solar Proton Einträge/Elektronenschauer Kopplung zu unteren Schichten

Erstellung eines Konzeptpapiers

Fragestellung

Verknüfung der einzelnen Elemente zum Ganzen

Zu breit oder weitere thematische Eingrenzung

Für Bremen:

keine Datenauswertung

Nutzung der Daten für Themenstellung

Troposphärisches Ozon von Nadirsensoren

Methodik

Limb/Nadir-Matching (SCIAMACHY)

Stratosphärische Limb-Profile für die Bestimmung des stratosphärischen AMF

Berechnung der stratosphärischen schrägen Säulen

Abziehen von der schrägen Säule zum Erhalt der troposp.schrägen Säulen

Berechnung troposphärischer AMF für die troposphärische Säule

Grösste Fehlerquelle sehr wahrscheinlich der letzte Schritt

Nadir-only Methodik

Referenzmethode

Nachteil: kein troposphärischer Hintergrund

Hintergrund aus klimatologischen Werten z.B. Sonden

Benutzung der klimatologischen Profile für den stratosphärischen AMF, dann Vorgehensweise wie bei Limb/nadir matching, eventuell iterativ vorgehen

Detaillierte Fehlerstudie

Frage: Wie kann man WFDOAS verwenden?

Trennung der WF in stratosphärische und troposphärische Anteile

Ergänzungsantrag für AFO2000

Mit GSF absprechen

Reprozessierung der GOME Profile

1 Personenjahr, ca. 60k€

Motivation: Verfügbarkeit des Datensatzes für WMO Assessment

Ziel:

Auswertung der Jahre 1995-2003

Gridding der Daten für ausgewählte Höhenschichten in ein festes Höhengitter