Atmosphäre und Gebirge – - DMG

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C. Kottmeier, F. Fiedler: Vertikaler Austausch über Mittelgebirgen
Abb. 4-1: Vertikalgeschwindigkeiten auf den Flugabschnitten
I bis IV (dick ausgezogen) in einer Höhe von 950 m
am Nachmittag des 17. Juni 2001.
tuationen mit großer Belastung der Atmosphäre mit
Spurenstoffen auf, die ihre Ursache in den Emissionen
der Millionenstadt Marseille und ihrer industrialisierten
Umgebung haben. Die turbulente Diffusion und
der Transport erfolgen in dieser Region unter dem
Einfluss verschiedener komplexer Windsysteme: der
regionalen Strömungskanalisierung im Rhônetal (Mistral)
(CORSMEIER et al. 2005), dem tagesperiodischen
Land-Seewindsystem und einem überlagerten
Gebirgswindsystem über den französischen Seealpen.
Das IMK (Bereich Troposphäre) beteiligte sich unter
anderem mit dem Forschungsflugzeug DO-128, zwei
Radiosondenstationen und verschiedenen Bodenmessstationen
an ESCOMPTE. Insgesamt kamen sieben
Flugzeuge, 23 Bodenstationen, 20 Fernerkundungssysteme
und zwei Schiffe zum Einsatz.
Ein Ziel war es, den Vertikalaustausch von Spurenstoffen
durch Konvektion in der Region zu untersuchen.
Aufgrund der hohen Sonneneinstrahlung und der relativ
trockenen Erdoberfläche entwickelt sich an Sommertagen
über den voralpinen Mittelgebirgen des
ESCOMPTE-Gebietes regelmäßig intensive Konvektion.
Die Messungen am 17. Juni 2001 dokumentieren
eine solche Situation bei nordwestlichem Wind und
Grenzschichthöhen von 2000 m. In diesem Fall traten
keine hohen Spurenstoffkonzentrationen auf, da die
emittierten Spurenstoffe über das Mittelmeer verfrachtet
wurden. Die Messungen eignen sich aber sehr
gut für Untersuchungen der Turbulenzstruktur und der
Grenzschichtentwicklung (HASEL et al. 2005). Bei einem
Messflug über dem Randbereich der Alpen am
Nachmittag wurden in Höhen von etwa 950 m, 1700 m
und 3000 m identische Flugmuster geflogen. Dabei traten
sehr intensive Auf- und Abwinde mit bis zu 8 m/s
über den Gebirgszügen des Mt. St. Victoire (1011 m)
und Luberon (1125 m) sowie dem Durancetal auf
(Abb. 4-1). Die Aufwinde waren mit deutlich erhöhten
NO 2-Werten verbunden, da sie die bodennah emittier-
Höhe in m über Grimd
Juni Juli
Zeit
promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006
Abb. 4-2: Grenzschichthöhen über dem Rhônedelta (St. Remy,
Aix-les Milles) und dem Bergland (Vinon) während
der Intensivmessphasen (grau hinterlegt) des
ESCOMPTE-Experiments. Die Festlegung erfolgt
anhand von Temperatur- und Feuchteprofilen aus Radiosondenaufstiegen
an den Stationen.
ten Stoffe aufwärts transportierten (HASEL et al.
2005). Dagegen waren die ebenfalls sehr heftigen Abwinde
trockener als die Umgebungsluft, was auf die
Einmischung trockener Luft aus Höhen oberhalb von
2 bis 3 km zu erklären ist.
Eine Photosmogsituation war während ESCOMPTE
zwischen dem 24. und 27. Juni 2001 gegeben.Am 25. Juni
2001 setzte in den Vormittagsstunden an der Küste
der Seewind ein, der die von Marseille und seinen umgebenden
Industriegebieten emittierten Stoffe landeinwärts
transportierte. Gleichzeitig erfolgte bei zunehmender
Sonneneinstrahlung photochemische Ozonbildung,
durch die die Stickoxidkonzentration in der belasteten
Luftmasse reduziert wurde. Während an diesem
Tag an den Küstenstationen maximale Konzentrationen
von knapp 140 µg/m 3 gemessen wurden, traten
50 km landeinwärts über den Mittelgebirgen am Alpenrand
fast 300 µg/m 3 auf. Die aus Radiosondendaten abgeleiteten
Durchmischungstiefen (Abb. 4-2) differieren
um bis zu +1000 m zwischen den Randbergen der Alpen
(Vinon) und dem Rhônetal (St. Remy und Aix-les
Milles). Die Unterschiede sind im Wesentlichen auf die
stärkere Erwärmung und die verstärkte Konvektion im
Bergland zurückzuführen. Die größere Durchmischungstiefe
bewirkt einen Verdünnungseffekt für die
advehierten und lokal emittierten Schadstoffe.
Am 25.6.2001 wurden mit mehreren Messflugzeugen
zu verschiedenen Zeiten auf jeweils ähnlichen Flugmustern
die räumlichen Verteilungen der Spurenstoffe
und meteorologischen Größen erfasst. Der Flug der
DO-128 in einer Höhe von 800 m bis 900 m zeigt, dass
die bodennah gemessenen Ozonwerte den Werten in
der Grenzschicht in erster Näherung entsprechen
(Abb. 4-3; KALTHOFF et al. 2005a). Dies dokumentiert
ebenfalls die Vermischungsvorgänge, die durch
konvektive Wirbel erfolgen und tagsüber effizient die
gesamte Grenzschicht beeinflussen. Hierbei erreicht in