Vertikalflüsse über Waldbeständen: Feldexperimente zur Parameterisierung und Validierung der Modellierung biogener Emissionen
BEWA 2000
Von 03/2001 bis 10/2002Projektleiter: 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.
Homepage: http://kli.uni-muenster.de/bewa/index.html
Publikationsliste dieses Projekts
Forkel, R; Klemm, O; Graus, M; Rappenglück, B; Stockwell, WR; Grabmer, W; Held, A; Hansel, A; Steinbrecher, R: Trace gas exchange and gas phase chemistry in a Norway spruce forest: A study with a coupled 1-dimensional canopy atmospheric chemistry emission model, Atmospheric Environment, 40, Supplement 1, 28-42 (2006), doi:10.1016/j.atmosenv.2005.11.070 -- Details |
Klemm, O; Held, A; Forkel, R; Gasche, R; Kanter, H-J; Rappenglück, B; Steinbrecher, R; Müller, K; Plewka, A; Cojocariu, C; Kreuzwieser, J; Valverde-Canossa, J; Schuster, G; Moortgat, GK; Graus, M; Hansel, A: Experiments on forest/atmosphere exchange: Climatology and Fluxes during two summer campaigns in NE Bavaria, Atmospheric Environment, 40, Supplement 1,3-20 (2006), doi:10.1016/j.atmosenv.2006.01.060 -- Details |
Valverde-Canossa, J; Ganzeveld, L; Rappenglück, B; Steinbrecher, R; Klemm, O; Schuster, G; Moortgat, GK: First measurements of H2O2 and organic peroxides surface fluxes by the relaxed eddy-accumulation technique, Atmospheric Environment, Supplement 1, 55-67 (2006) -- Details |
Ganzeveld, L; Klemm, O; Rappenglück, B; Valverde-Canossa, J: Evaluation of meteorological parameters over a coniferous forest in a single-culumn chemistry-climate model, Atmospheric Environment, 40, Supplement 1, 21-27 (2006) -- Details |
Held, A; Klemm, O: Direct measurement of turbulent particle exchange with a twin CPC eddy covariance system, Atmospheric Environment, 40, Supplement 1, 92-102 (2006) -- Details |
Steinbrecher, R; et al., : Regional biogenic emissions of reactive volatile organic compounds (BVOC) from forests: Process studies, modelling and validation experiments (BEWA2000), Results of the German Atmospheric Research Programme - AFO 2000, 14-28 (2005) |
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) |
Steinbrecher, R; Rappenglück, B; Hansel, A; Graus, M; Klemm, O; Held, A; Wiedensohler, A; Nowak, A: Vegetation-atmospheric interactions: The emissions of biogenic volatile organic compounds (BVOC) and their relevance to atmospheric particle dynamics in Matzner, E.: Ecological Studies, Biogeochemistry of forested catchments in a changing environment: a German case study, Springer Verlag, 215-232 (2004) |
Klemm, O; Mangold, A; Held, A: Turbulent deposition of ozone to a mountainous forest ecosystem in Matzner, E.: Ecological Studies, Biogeochemistry of forested catchments in a changing environment: a German case study, Springer Verlag, 172, 203-213 (2004) |
Huang, J-H; Klemm, O: Atmospheric speciation of ionic organotin, organolead and organomercury compounds in NE Bavaria (Germany), Atmospheric Environment, 38, 5013-5023 (2004) -- Details |
Held, A; Klemm, O; Hinz, K-P; Trimborn, P; Spengler, B: Chemical classes of atmospherric aerosol particles at a rural site in Central Europe during winter, J. Aerosol Sciences, 33, 581-594 (2002) -- Details |
Siehe auch:
- Experiment: BEWA-2000: BEWA-2000 Experimente 2001 und 2002