ACTRIS-D – Der deutsche Beitrag zur europäischen Forschungsinfrastruktur für Aerosol, Wolken und Spurengase

2021 ◽  
Author(s):  
Ulla Wandinger ◽  
Keyword(s):  
Trace Gases ◽  
Research Infrastructure

<p>ACTRIS-D ist der deutsche Beitrag zur paneuropäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds und Trace Gases Research Infrastructure) und seit 2019 Teil der Nationalen Roadmap für Forschungsinfrastrukturen. Ziel von ACTRIS ist es, über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten Daten und Dienstleistungen zu kurzlebigen atmosphärischen Bestandteilen bereitzustellen, die entsprechende Forschung zu unterstützen und somit unser Wissen über atmosphärische Prozesse, Klimaveränderungen und Luftqualität zu verbessern. Dabei baut die Forschungsinfrastruktur auf die Erfahrung von mehr als 20 Jahren koordinierter Forschungs- und Entwicklungsarbeit in Europa auf. ACTRIS integriert die europäischen Messnetze zur In-situ- und Fernmessung von Aerosol, Wolken und reaktiven Spurengasen sowie den Verbund atmosphärischer Simulationskammern. Die Rechtsform eines Europäischen Forschungsinfrastruktur-Konsortiums (ERIC), die ACTRIS im Jahr 2022 annehmen wird, stellt die langfristige Unterstützung durch die mehr als 15 Mitgliedsstaaten sicher.</p> <p>Am Aufbau von ACTRIS-D beteiligen sich elf deutsche Forschungseinrichtungen. Sie übernehmen die Verantwortung für den Betrieb von dreizehn Beobachtungsstationen zur Erhebung von Langzeitdaten, fünf atmosphärischen Simulationskammern zur Untersuchung chemischer und physikalischer Prozesse unter kontrollierten Bedingungen und vier mobilen Plattformen zur Beobachtung atmosphärischer Prozesse an ausgewählten Standorten. Darüber hinaus tragen sie zum Aufbau und Betrieb der sechs thematischen Zentren von ACTRIS bei, welche auf europäischer Ebene unter anderem für einheitliche Kalibrier- und Messstandards und die Schulung des technischen und wissenschaftlichen Personals verantwortlich sind und somit die hohe ACTRIS-Datenqualität gewährleisten. Drei dieser zentralen europäischen Einrichtungen werden von deutschen Instituten geleitet.</p> <p>In diesem Beitrag stellen wir die laufenden Implementierungsarbeiten von ACTRIS-D vor, diskutieren die langfristige Strategie und zeigen anhand von Beispielen das Potenzial der Forschungsinfrastruktur für die integrierte und koordinierte Atmosphärenforschung in Deutschland und Europa.</p>

Operationelle in-situ Messungen von Luftschadstoffen und Klimagasen im nationalen und internationalen Kontext

2021 ◽  
Author(s):  
Martin Steinbacher ◽  
Christoph Hueglin ◽  
Stefan Reimann ◽  
Brigitte Buchmann ◽  
Lukas Emmenegger
Keyword(s):  
Trace Gases ◽  
Monitoring And Evaluation ◽  
Research Infrastructure ◽  
Observation System ◽  
Atmospheric Gases ◽  
Evaluation Programme ◽  
Infrastructure Network

<p>Im Unterschied zu Forschungsinfrastrukturen in anderen Disziplinen, zeichnen sich Forschungsinfrastrukturen für Umweltbeobachtungen in der Regel durch langfristige Messungen zahlreicher Parameter mit verschiedenen Instrumenten an unterschiedlichen Orten aus. Bodengestützte, atmosphärische Beobachtungen von Luftschadstoffen und Klimagasen können unterschiedliche Ziele verfolgen, wie zum Beispiel die Überwachung regulatorischer Massnahmen und die Einhaltung von Grenzwerten, die wissenschaftliche Untersuchung von Variabilitäten und Trends, die Validierung von Modellrechnungen und Satellitenbeobachtungen oder die Früherkennung von neu auftretenden Substanzen. Die Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung müssen nicht nur dem dezentralen Charakter der Beobachtungen Rechnung tragen, sondern auch sicherstellen, dass die der Fragestellung angepassten Datenqualitätsziele erreicht werden. Zusätzlich müssen Beobachtungen, die Teil von mehreren Messnetzen und Infrastrukturen sind, verschiedene Kriterien erfüllen, z.B. im Hinblick auf das Normal der Rückführbarkeit, die Präzision, aber auch bezüglich Dokumentation und Bereitstellung der Resultate in Datenbanken.</p> <p>Die Präsentation gibt einen Überblick über die langfristigen Luftqualitätsmessungen in der Schweiz im Rahmen des Nationalen Beobachtungsnetzes für Luftfremdstoffe (NABEL), ihre Einbettung in das European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP), die Kooperation mit den europäischen Forschungsinfrastrukturen ICOS (Integrated Carbon Observation System) und ACTRIS (Aerosols, Clouds, and Trace gases Research Infrastructure Network), und die Zusammenarbeit in globalen Aktivitäten wie dem Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) zur kontinuierlichen Messung von klimawirksamen und ozonabbauenden Substanzen und dem von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) koordinierten Global Atmosphere Watch (GAW) Programm.</p>

Das ACTRIS-Kalibrierzentrum für Stickoxid-Messungen am Forschungszentrum Jülich

2021 ◽  
Author(s):  
Max Gerrit Adam ◽  
Robert Wegener ◽  
Franz Rohrer ◽  
Ralf Tillmann ◽  
Astrid Kiendler-Scharr ◽  
...  
Keyword(s):  
Phase Shift ◽  
Diode Laser ◽  
Trace Gases ◽  
In Situ Measurements ◽  
Tunable Diode Laser ◽  
Research Infrastructure ◽  
Aerosol Cloud ◽  
Reactive Trace Gases

<p>Langzeitmessungen der atmosphärischen Zusammensetzung sind von zentraler Bedeutung, um die Atmosphärenchemie und den Klimawandel zu verstehen. ACTRIS (Aerosol, Cloud and Trace Gases Research Infrastructure) hat sich zum Ziel gesetzt, ein europaweites Netzwerk von Beobachtungsstationen aufzubauen, die qualitativ hochwertige Daten und Informationen zu kurzlebigen atmosphärischen Bestandteilen liefern und für Nutzer auf der ganzen Welt offen zugänglich machen. Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO<sub>2</sub>), die sogenannten Stickoxide (NO<sub>x</sub>), spielen eine Schlüsselrolle in der Atmosphärenchemie, da sie zur Bildung von troposphärischem Ozon, Smog und saurem Regen beitragen. Darüber hinaus ist die kurz- und langfristige Exposition mit NO<sub>2</sub> mit negativen Auswirkungen auf das menschliche Atmungssystem in Verbindung gebracht worden. Die Hauptquellen von NO<sub>x</sub> in bewohnten Gebieten sind Verbrennungsprozesse, z.B. von Fahrzeugen und bei industriellen Aktivitäten. NO<sub>x</sub>-Messungen werden derzeit meist indirekt über Chemilumineszenz-Instrumente durchgeführt, die Korrekturen für Feuchte und Ozon erfordern. Jüngste technologische Fortschritte (z. B. Cavity Attenuated Phase Shift, CAPS, oder Tunable Diode Laser Systeme) erlauben die direkte Detektion von NO<sub>x</sub>-Komponenten, was Interferenzen vermeidet, die durch die Umwandlung von NO<sub>2</sub> in NO hervorgerufen werden. Messvergleiche zeigen aber, dass auch hier neben bekannten Problemen wie Reaktionen in den Einlassleitungen auch unerwartete Artefakte beobachtet werden können. Messvergleiche aber zeigen auch hier, dass neben bekannten Problemen wie Reaktionen in den Einlassleitungen auch unerwartete auftreten können. Um genaue und präzise NO<sub>x</sub> Messungen mit einer Vielzahl von NO<sub>x</sub>-Messsystemen in verschiedenen Stationen sicherzustellen, müssen neben der Standardisierung von Messprotokollen und Kalibrierungsverfahren auch an zentraler Stelle durch Messvergleiche und Auditierungen Unterschiede der verschiedenen Messverfahren dokumentiert werden.</p> <p>ACTRIS setzt sich aus central facilities (CFs) und national facilities (NFs) zusammen. Die NFs bilden den explorativen und beobachtenden Teil der Forschungsinfrastruktur. Die CFs sind von grundlegender Bedeutung für die Bereitstellung von harmonisierten und hochpräzisen Daten und stellen eine Vielzahl von Dienstleistungen zur Verfügung. Eines der CFs ist das Reactive Trace Gases In Situ Measurements (CiGas), das für die Überwachung der Datenqualität reaktiver Spurengase verantwortlich ist. Für die Qualitätssicherung (QA) und Qualitätskontrolle (QC) der Stickoxidmessungen an den NFs innerhalb von CiGas ist das Forschungszentrum Jülich (FZJ) zuständig, das auch das World Calibration Center (WCC) für Stickoxide im Global Atmosphere Watch (GAW) Netzwerk beheimatet. Seine Aufgaben umfassen i) die Verbindung von Spurengasmessungen von ACTRIS mit denen anderer Netzwerke, ii) die Beratung und Organisation von Schulungen, iii) die Bereitstellung von Mess- und Auswerteverfahren, iv) das Labelling und die Auditierung von NFs, v) die Implementierung neuer wissenschaftlicher und technologischer Entwicklungen.</p> <p>Es ist vorgesehen, bis 2025 ein zertifiziertes und funktionsfähiges Netzwerk von ACTRIS-Stationen aufzubauen. Es soll der wissenschaftlichen Gemeinschaft qualitativ hochwertige Daten liefern, die die Grundlage für fundierte Entscheidungen der politischen Entscheidungsträger bilden können.</p>

An overview of ACTRIS observational data in relation to the 2020 lockdown period in Europe

2021 ◽  
Author(s):  
Giulia Saponaro ◽  
Cathrine Lund Myhre ◽  
Markus Fiebig ◽  
Ewan O'Connor ◽  
Lucia Mona ◽  
...  
Keyword(s):  
Remote Sensing ◽  
Air Quality ◽  
Trace Gases ◽  
Research Infrastructure ◽  
Atmospheric Composition ◽  
World Health ◽  
Quality Data ◽  
Data Set ◽  
Aerosol Remote Sensing

<p>The identification of the severe COVID-19 virus in December 2019 led the World Health Organization to declare a global pandemic by March 2020. Up till recently with the first available vaccines, the only prevention measures include strict social, travel and working restrictions in a so-called lockdown period that lasted for several weeks (mid-March to the end of April 2020 for most of Europe). This abrupt change in social behaviour is expected to impact local but also regional atmospheric composition, and the environmental impact is highly interesting to study.</p><p>The Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure (ACTRIS) is a pan-European research infrastructure producing high-quality data and information on short-lived atmospheric constituents and on the processes leading to the variability of these constituents in natural and controlled atmospheres. ACTRIS integrates, harmonizes, and distributes datasets, activities, and services provided by the Central Facilities and National Facilities, located in 22 European countries. </p><p>During the lockdown period in spring 2020 most of the ACTRIS observational were operational. The National Facilities performing the ambient measurements are generally regional background sites, with the aim to detect changes on regional level. Within the context of the current COVID-19 outbreak, ACTRIS has been continuously providing access to data on air quality and atmospheric composition. This is of particular interest and importance as it provides unique information measured from the ground to assess the European air quality and atmospheric composition during the lockdown complementing, in a fundamental way, satellite observations and modelling analysis. </p><p> </p><p>ACTRIS released a comprehensive and quality assured set of atmospheric measurement data during the COVID-19 pandemic spring 2020 – January– May 2020. This includes:</p><ul>- 30 sites with aerosol in situ measurements providing mainly absorption and scattering coefficient, size and/or number distribution. A few sites with high time solution aerosol chemical composition;</ul><ul>- 12 sites with trace gases in situ data providing VOCs and NOX measurements;24 sites with aerosol remote sensing data providing profiles with backscattering and extinction coefficient;</ul><ul>- 11 cloud remote sensing sites providing profile information of 9 various cloud properties.</ul><p>To facilitate studies, ACTRIS has compiled the data and coined a DOI for the data sets measured during the COVID-19 spring lockdown period, including an intensive aerosol remote sensing campaign in May. This presentation will present the data set and the potential applications and benefits using ACTRIS COVID-19 dataset for studying atmospheric composition changes during COVID-19 lockdown periods.</p>

Development of a new methodology for the retrieval of in-situ stratospheric trace gases concentration from airborne limb-absorption measurements

2002 ◽  
Author(s):  
Andrea Petritoli ◽  
Giorgio Giovanelli ◽  
Fabrizio Ravegnani ◽  
Daniele Bortoli ◽  
Ivan K. Kostadinov ◽  
...  
Keyword(s):  
Trace Gases ◽  
Stratospheric Trace Gases ◽  
Absorption Measurements

Beobachtung von Windprofilen mittels Wolkenradar und Dopplerlidar 

2021 ◽  
Author(s):  
Bernhard Pospichal ◽  
Marcus Müller ◽  
Stefan Kneifel
Keyword(s):  
Research Infrastructure ◽  
Trace Gas ◽  
Aerosol Cloud ◽  
Cloud Evolution

<p>Die Messung des 3D-Windprofils erfordert – abgesehen von in-situ Messungen – ein aktives Fernerkundungsverfahren (meist Radar oder Lidar), welches mit geneigten Strahlen unter verschiedenen, mindestens drei Azimutwinkeln Pulse ausstrahlt („Doppler beam swinging“). Aus den gemessenen Doppler-Radialgeschwindigkeiten entlang der Strahlen kann dann das dreidimensionale Windfeld abgeleitet werden. Dies ist nur möglich, sofern Partikel vorhanden sind, die bei der gegebenen Wellenlänge ein Rückstreusignal erzeugen.</p> <p>Bereits seit mehreren Jahrzehnten sind Radar-Windprofiler im Einsatz, die bei Wellenlängen zwischen 50 und 1000 MHz arbeiten und mittels Bragg-Streuung an Fluktuationen des Brechungsindex ein Rückstreusignal erhalten. Durch die lange Wellenlänge sind große Antennen erforderlich, was dazu führt, dass die Geräte nicht flexibel einsetzbar sind.</p> <p>Innerhalb des Netzwerks der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Cloud and Trace Gas Research Infrastructure) sind mehrere Standorte für Wolkenbeobachtungen mit einem scannenden Wolkenradar und einem Doppler-Windlidar ausgestattet, die auch zur Beobachtung von Windprofilen in der Troposphäre herangezogen werden können. Diese Messgeräte ergänzen sich, da das Lidar besonders in der Grenzschicht bzw. unterhalb von Wolken messen kann. Das Wolkenradar hingegen liefert Signale hauptsächlich aus Wolkenschichten, von welchen das Lidar aufgrund der starken Extinktion der Strahlung in Wolken keine Information erhält. Zusätzlich können beim Wolkenradar in der warmen Jahreszeit auch Insekten als Tracer verwendet werden, die häufig bis in Höhen von 3-4 km beobachtet werden können. </p> <p>Diese Präsentation zeigt anhand von Beobachtungen über mehr als zwei Jahre an der Messplattform JOYCE (Jülich Observatory for Cloud Evolution) eine neue Methode zur Kombination der Windprofile aus Wolkenradar und Lidar. Neben einer Betrachtung der Genauigkeit, sowie möglicher Fehlerquellen, werden auch die generellen Bedingungen für die Anwendung der Methode diskutiert. Es werden Anwendungsbeispiele gezeigt, wie diese kombinierten Windprofile zur Validierung von Satellitenbeobachtungen (z.B. Aeolus) oder zur Evaluation von atmosphärischen Modellen genutzt werden können. </p> <p> </p>

In situ measurements of microphysical properties and trace gases in two cumulonimbus anvils over western Europe

1999 ◽  
Vol 104 (D10) ◽  
pp. 12221-12226 ◽  
Author(s):  
Johan Ström ◽  
Horst Fischer ◽  
Jos Lelieveld ◽  
Franz Schröder
Keyword(s):  
Western Europe ◽  
Trace Gases ◽  
In Situ Measurements ◽  
Microphysical Properties

scholarly journals Vertical profiles of NO<sub>2</sub>, SO<sub>2</sub>, HONO, HCHO, CHOCHO, and aerosols derived from MAX-DOAS measurements at a rural site in the central-western North China Plain and their relation to emission sources and effects of regional transport

2018 ◽  
Author(s):  
Yang Wang ◽  
Steffen Dörner ◽  
Sebastian Donner ◽  
Sebastian Böhnke ◽  
Isabelle De Smedt ◽  
...  
Keyword(s):  
Trace Gases ◽  
Rural Site ◽  
Optical Absorption Spectroscopy ◽  
Vertical Profiles ◽  
Regional Transport ◽  
Near Surface ◽  
North West ◽  
Mixing Ratios ◽  
Chemistry Research

Abstract. A Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS) instrument was deployed in May and June 2016 at a monitoring station (37.18° N, 114.36° E) in the suburban area of Xingtai (one of the most polluted cities in China) during the Atmosphere-Aerosol-Boundary Layer-Cloud (A2BC) and Air chemistry Research In Asia (ARIAs) joint experiments to derive tropospheric vertical profiles of NO2, SO2, HONO, HCHO, CHOCHO and aerosols. Aerosol optical depths derived from MAX-DOAS were found to be consistent with collocated sun-photometer measurements. Also the derived near-surface aerosol extinction and HCHO mixing ratio agree well with coincident visibility meter and in situ HCHO measurements, with mean HCHO near-surface mixing ratios of ~ 3.5 ppb. Underestimates of MAX-DOAS results compared to in situ measurements of NO2 (~ 60 %), SO2 (~ 20 %) are found expectedly due to vertical and horizontal inhomogeneity of trace gases. Vertical profiles of aerosols and NO2, SO2 are reasonably consistent with those measured by a collocated Raman Lidar and aircraft spirals over the station. The deviations can be attributed to differences in sensitivity as a function of altitude and substantial horizontal gradients of pollutants. Aerosols, HCHO, and CHOCHO profiles typically extended to higher altitudes (with 75 % integrated column located below ~ 1.4 km) than did NO2, SO2, and HONO (with 75 % integrated column below ~ 0.5 km) under polluted condition. Lifted layers were systematically observed for all species, (except HONO), indicating accumulation, secondary formation, or long-range transport of the pollutants at higher altitudes. Maximum values routinely occurred in the morning for NO2, SO2, and HONO, but around noon for aerosols, HCHO, and CHOCHO, mainly dominated by photochemistry, characteristic upslope/downslope circulation and PBL dynamics. Significant day-to-day variations are found for all species due to the effect of regional transport and changes in synoptic pattern analysed with HYSPLIT trajectories. Low pollution was often observed for air masses from the north-west (behind cold fronts), and high pollution from the southern areas such as industrialized Wuan. The contribution of regional transport for the pollutants measured at the site during the observation period was estimated to be about 20 % to 30 % for trace gases, and about 50 % for aerosols. In addition, agricultural burning events impacted the day-to-day variations of HCHO, CHOCHO and aerosols.

scholarly journals Estimate of bias in Aura TES HDO/H<sub>2</sub>O profiles from comparison of TES and in situ HDO/H<sub>2</sub>O measurements at the Mauna Loa observatory

2011 ◽  
Vol 11 (9) ◽  
pp. 4491-4503 ◽  
Author(s):  
J. Worden ◽  
D. Noone ◽  
J. Galewsky ◽  
A. Bailey ◽  
K. Bowman ◽  
...  
Keyword(s):  
Bias Correction ◽  
Trace Gases ◽  
Lower Troposphere ◽  
Vertical Profiles ◽  
Thermal Contrast ◽  
Near Surface ◽  
Mauna Loa ◽  
In Situ Data ◽  
Infrared Radiances

Abstract. The Aura satellite Tropospheric Emission Spectrometer (TES) instrument is capable of measuring the HDO/H2O ratio in the lower troposphere using thermal infrared radiances between 1200 and 1350 cm−1. However, direct validation of these measurements is challenging due to a lack of in situ measured vertical profiles of the HDO/H2O ratio that are spatially and temporally co-located with the TES observations. From 11 October through 5 November 2008, we undertook a campaign to measure HDO and H2O at the Mauna Loa observatory in Hawaii for comparison with TES observations. The Mauna Loa observatory is situated at 3.1 km above sea level or approximately 680 hPa, which is approximately the altitude where the TES HDO/H2O observations show the most sensitivity. Another advantage of comparing in situ data from this site to estimates derived from thermal IR radiances is that the volcanic rock is heated by sunlight during the day, thus providing significant thermal contrast between the surface and atmosphere; this thermal contrast increases the sensitivity to near surface estimates of tropospheric trace gases. The objective of this inter-comparison is to better characterize a bias in the TES HDO data, which had been previously estimated to be approximately 5 % too high for a column integrated value between 850 hPa and 500 hPa. We estimate that the TES HDO profiles should be corrected downwards by approximately 4.8 % and 6.3 % for Versions 3 and 4 of the data respectively. These corrections must account for the vertical sensitivity of the TES HDO estimates. We estimate that the precision of this bias correction is approximately 1.9 %. The accuracy is driven by the corrections applied to the in situ HDO and H2O measurements using flask data taken during the inter-comparison campaign and is estimated to be less than 1 %. Future comparisons of TES data to accurate vertical profiles of in situ measurements are needed to refine this bias estimate.

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