Investigation of the stratospheric inorganic bromine budget for 1996-2000: balloon-borne measurements and model comparisons

Doctoral Thesis / Dissertation from the year 2000 in the subject Chemistry - Anorganic Chemistry, grade: Summa Cum, University of Heidelberg (Institute for Physical Science), language: English, abstract: Zusammenfassung Anorganische Bromverbindungen spielen eine bedeutende Rolle in katalytischen Ozonabbauzyklen der Stratosphäre. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden ballongetragene DOAS (Differentielle Optische Absorptions Spektroskopie) BrO Vertikalprolmessungen mittels direkten Sonnenlichts mit bisher nicht erreichter Genauigkeit (+-12%) durchgeführt. Die spektroskopischen Messungen fanden während acht erfolgreicher Flüge mit der gemeinsamen deutsch-französischen Nutzlast LPMA/DOAS unter sehr verschiedenen geophysikalischen Bedingungen in den Jahren 1996-2000 statt. Dabei ergaben sich völlig neue Einblicke in die Chemie und das Budget des stratosphärischen Broms. Die neuartigen Erkenntnisse umfassen (1) eine genaue und vollständige Erfassung des stratosphärischen Bromgehaltes der letzten vier Jahre, (2) ein verbessertes Verständnis der Chemie des stratosphärischen anorganischen Broms, und (3) den erstmaligen Nachweis und die Messung von Höhenprolen der BrO Konzentration in der freien Troposphäre. Mit Hilfe der BrO Messungen konnte der stratosphärische Gehalt an anorganischem Brom zu Brin y =(21.5+-3) ppt in 5.6 Jahre alter Luft für 1999 bestimmt werden. Hingegen zeigt die erstmalige gleichzeitige Bestimmung des stratosphärischen Bromgehaltes aus Messungen organischer Bromverbindungen nur Brorg y =(18.4+-1.8) ppt. Die Übereinstimmung des Gesamtbrommischungsverhältnisses ist befriedigend, jedoch deutet das konsistent gröÿere Brin y darauf hin, daÿ vermutlich anorganisches Brom (3.1+-3.5 ppt) aus der Troposphäre in die Stratosphäre eingetragen wird. Diese Vermutung wird durch den Befund (3) und den kürzlich erfolgten Nachweis von im Aerosol der oberen Troposphäre gebundenem, anorganischem Brom von etwa 1 ppt qualitativ gestützt. Als weiterer Teil der Arbeit wurde ein Algorithmus zur Auswertung der vom Ballon aus gemessenen Sonnenspektren für den Nachweis von Chlordioxid (OClO) neu entwickelt. OClO konnte in allen arktischen Winterügen auch bei geringer Chloraktivierung detektiert werden. Überraschenderweise wurde OClO auch während eines Ballonuges über Spanien im Herbst 1996 nachgewiesen (5-10 ppt in 20-30 km Höhe bei einem Sonnenzenitwinkel von 88-93o). Zur Interpretation der erhöhten OClO Werte wurden Ergebnisse des 3-D CTM Modells SLIMCAT und des dafür eigens entwickelten Lagrange Boxmodells LABMOS mit den Messungen verglichen. [...]