Vertikalflüsse über Waldbeständen: Feldexperimente zur Parameterisierung und Validierung der Modellierung biogener Emissionen

BEWA 2000

Von 03/2001 bis 10/2002

Projektleiter: Otto Klemm
Mitarbeiter: Jörg Gerchau, Andreas Held, Cornelia Gerwig (Klör)
Bewilligung: AFO 2000 Atmosphärenforschung 2000

Auf dem Gebiet der Messung und Modellierung der Emissionen reaktiver biogener Kohlenwasserstoffe (BVOC) aus der Vegetation in die Atmosphäre besteht erheblicher Forschungsbedarf. Insbesondere vor dem Hintergrund zurückgehender anthropogener Emissionen einiger Vorläufersubstanzen des atmosphärischen Ozons und gleichzeitigem Ansteigen der Ozon-Konzentrationen müssen die Emissionen der BVOC möglichst präzise als Funktion von Raum und Zeit quantifiziert werden.

Einige der emittierten BVOC können mit atmosphärischem Ozon reagieren und kondensierbares Material bilden. Durch homogene Nukleation kann es folglich zur Neubildung sekundären atmosphärischen Partikelmaterials kommen. Untersuchungen zeigen, dass über Koniferenwäldern nach Sonnenaufgang sehr kleine Partikel (3 nm) spontan auftreten können (Mäkelä et al., 1997). Dies wird auf die verstärkte Emission von BVOC nach Öffnung der Stomata und anschließender Reaktion mit atmosphärischem Ozon und Partikelneubildung begründet. Allerdings zeigen Untersuchungen ebenfalls (Buzorius et al., 1998; Buzorius, pers. comm. 2000), dass just zu denjenigen Zeiten, zu denen anscheinend derartige Nukleations-Events beobachtbar sind, die Partikelflüsse nach unten (also zur Vegetation hin) gerichtet sind. Dies scheint ein Widerspruch zu sein, der bislang nicht endgültig aufgeklärt ist. Für den Nukleationsvorgang typische Reaktionszeiten scheinen für diesen Vorgang von sehr großer Bedeutung zu sein. Unseres Wissens nach ist bisher in Mitteleuropa nicht versucht worden, Nukleations-Events über Koniferen-Wäldern nachzu­weisen und parallel dazu den vertikalen Austausch von Partikeln zwischen Atmosphäre und Vegetation zu bestimmen. Dies gilt ebenso für eine zusätzliche Messung des vertikalen Ozonflusses unter ebendiesen Bedingungen.

Dies Projekt ist ein zentrales Element des Forschungsverbundes "Regionale Emissionen biogener reaktiver flüchtiger organischer Verbindungen (BVOC) aus Waldbeständen: Prozessstudien, Modellierung und Schließungs­experimente (BEWA 2000)". Der Forschungsverbund BEWA2000 umfasst über 16 Projektpartner und wird vom Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung (IFU) in Garmisch-Partenkirchen koodiniert. Die Ziele dieses Verbundes sind:

• Verbesserung des Systemverständnisses der Wechselwirkung der Vegetation von Wald­beständen mit der Atmosphäre unter besonderer Berücksichtigung der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC)
• Weiterentwicklung und Validierung von Modellen zur quantitativen Beschreibung der Bildung und Emission von biogenen VOC (BVOC) und des Spurenstoff-Austausches (gasförmig und partikulär) zwischen Vegetation und der planetaren Grenzschicht (PBL)
• Bereitstellung und Einsatz von Instrumenten zur regionalen Abschätzung von VOC-Emissionen und deren Nutzung zur Lösung regionaler umweltpolitischer Fragestellungen.

Das Ziel dieses am BITÖK durchgeführten Projekts ist, zur quantitativen Beschreibung der Bildung und Emission von biogenen Emissionen reaktiven Kohlenwasserstoffen entscheidend beizutragen. Ziele sind:

• Erhebung vertikaler Flüsse atmosphärischer Aerosolpartikel während Intensiv-Messkampagnen über dem Fichtenbestand am Standort "Waldstein" im Fichtelgebirge. Die entsprechende Messtechnik muss entwickelt und an den Standort angepasst werden.
• Erhebung vertikaler Flüsse von Energie, Wasser, CO₂ und O₃ während Intensiv-Mess­kampagnen über dem Fichtenbestand.
• Bereitstellung eines Datensatzes aus Dauermessungen und Intensiv- Messkampagnen an der Station Waldstein im Fichtelgebirge für die Parameterisierung (Anfangs- und Randparameter) eines Bestandesmodells, das die biogenen Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen vorhersagt.

Wichtige Meilensteine in der Zeitplanung sind einerseits die Feldexmperimente im Juli 2001 und im Juli 2002.

Homepage: http://kli.uni-muenster.de/bewa/index.html

Publikationsliste dieses Projekts

Held, A; Novak, A; Wiedensohler, A; Klemm, O: Field measurements and size-resolved model simulations of turbulent particle transport to a forest canopy, J. Aerosol Science, DOI: 10.1016/j.jaerosci.2005.06.005 (2005)

Siehe auch:

• Experiment: BEWA-2000: BEWA-2000 Experimente 2001 und 2002