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Abstract

Das Ziel dieser Arbeii ist es, ein globales, dreidimensionales Transportmodell der At-
mosphäre auf seine Transportcharakteristika hin zu äberprüfen. Zu diesem Zweck wird
die Ausbreitung von natürlichen ("oPb, 7Be, 10Be) und künstlichen ('oSr), radioaktiven,
wasserlöslichen, von Aerosolen absorbierten, Isotopen simuliert. Ihre Quellverteilung und
Quellstärke ist gut bekannt. Innerhalb der Atmosphäre werden sie nur durch radioaktiven
Zerfall abgebaut, und ihre atmosphärische Senke sind trockene und nasse Deposition.
Die unterschiedliche Quellkonfiguration dieser Substanzen erlaubt es, die ganze Pa-
lette atmosphärischer Transportprozesse zu studieren. Das 210Pb entsteht bevorzugt in
der kontinentalen, planetarischen Grenzschicht und ermöglicht daher die Analyse von
Transportvorgängen in der unteren Troposphäre. 7Be und 10Be werden zu einem Drittel
in der Troposphäre und zt zwei Drittel in der Stratosphäre erzeugt und dienen dem Stu-
dium troposphärischer Transportprozesse sowie der Untersuchung des Massenaustausches
zwischen Stratosphäre und Troposphäre. Die Bildung der Konzentrationsverhältnisse
TBelzroPb (zur Untersuchung troposphärischer Transportvorgänge) und loBe/7Be (zur
Untersuchung des Massenaustausches zwischen Stratosphäre und Tropostrihäre) ist hier-
bei sehr nützlich. eoSr ist eine durch Atombombenversuche eingebrachte stratosphärische
Substanz und ermöglicht neben Studien der stratosphärischen Zirkuiation ebenfalls die
Untersuchung des Massenaustausches zwischen Stratosphäre und Troposphäre.
Das Transportmodell besitzt eine horizontale Auflösung von 10o in der Länge und ca.
7.83o in der Breite mii 19 Schichten in der Vertikalen. Zwn Antrieb des Modells werden
die Analysen des Europäischen Zentrums für mittelfristige'Wettervorhersage (ECMWF)
aus dem Jahre 1990 benutzt. Die numerische Advektiqn erfolgt mit dem "slopes - scheme"
von R.ussell und Lerner (1981). Das Transportmodell enthält eine Parameterisierung der
Cumulus - Konvektion nach dem Massenflußschema von Tiedtke (1939) und eine Para-
meterisierung der vertikalen "eddy - fluxes" nach Louis (1979). Die trockene Deposition
wird mit der Vorgabe einer zeitlich und råumlich konstanten, trockenen Depositionsge-
schwindigkeit von 0.1 cms-l beschrieben. Zur Parameterisierung der nassen Deposition
wird das Schema von Kasibhatla et. al. (1991) verwendet. Die hierfür benötigten Nie-
derschlagsfelder sind tägliche, 36-stündige ECMWF - Vorhersagen des stratiformen und
konvektiven Niederschlags von 1990.
Die modellierte, atmosphärische Lebensdauer der, die 210Pb - Atome absorbierenden,
Aerosole beträgt in der unteren Troposphäre im globalen Mittel ca. 5 Tage und steigt in
B krn l{öhe auf etwa 20 Tage an. Die Subtropen und Polarregionen weisen dabei in der
mittleren und oberen Troposphäre mit 30 bis 50 Tagen wesentlich höhere Lebenszeiten
auf als die Tropen und mittleren Breiten (5 bis 10 Tage). Die Lebensdauer der, die 7Be -
Atome absorbierenden, Aerosole weist eine ähnliche råumliche Siruktur auf, aufgrund der Quellverteilung aber um den Faktor 1.5 bis 2 höhere Werte.
Die Halbwertszeit für den interhemisphåirischen, stratosphärischen Massentransfer
beträgt im Transportmodell 2.7 Jahte, für den Massenaustausch zwischen Stratosphåre
und Troposphäre 1.3 Jahre. Saisonale Maxima dieses Massenaustausches zwischen Strato-
sphäre und Troposphäre zeigen sich jeweils im Frühjahr der entsprechenden Hemisphåire.
Ein minimaler Austausch besteht im Herbst. Am intensivsten ist diese saisonale Variabi-
lität im Bereich der nordhemisphärischen Subtropen ausgeprägt.
Größere Diskrepanzen zwischen Modell- und Beobachtungsresultaten kristallisieren
sich in den Polarregionen heraus. Als Gründe für diesen Dissens'werden mögliche De-
fizite in den zum Antrieb des Modells benutzten ECMWF - Analysedaten, das für die
meteorologischen Verhältnisse in den Polarregionen wahrscheinlich zu simpel formulierte
Parameterisierungsschema der nassen Deposition sowie numerische Effekte als Folge einer
Verkleinerung der Gitterboxen genannt.