Abstract
In dieser Arbeit wird ein neues Ozon-DIAL-System vorgestellt, das für Messungen in
del unteren Troposphäre eingesetzt rvurde. Das Ozon-DIAL-System basiert auf einem
Krypton-Fluorid-Excimerlaser (248 nm) uncl nachfolgencler Ramanstreuung in Deuter-ium
(2681292 nm) oder Wasserstoff (2771313 nrn). Zum Ernpfang der ans clel Atmosphär'e r-tich-
gestlenten Stlahlung werclen zwei Teleskope eingesetzt. Die geornetrische Anot'dnung ließ
clabei Ozonrnessungen zrvischen 300 uncl 750 m bzrv. 900 uncl 2100 nì zu. Bei einer typischen
Höhenauflösung von 75 m uncl einel Zeitauflösung von 60 s ist der statistische Fehler cler
Ozon-DlAl-Messung fiir alle Höhenstufen kleiner als 4 !S.
Es wurcle eine ausftihrliche Fehlercliskussion clurchgeführt nncl clie Genauiglieit cler Ozon-
DIAL-Vlessungen clurch Velgleich mit honventionellen in-situ-Instrumenten tiberprüft. Die
dulchschnittliche Abweichung cler Ozonclichten bei einer Holizontalmessung cles DIAL-
Systerns im Velglei ch zu einem UV-Photometer betlug , t ,#
Den Schwerpnnkt cliesel Arbeit bilclen Ozonflußmessungen in cler konvektiven planetari-
schen Grenzschicht. Dazu wurcle clas Ozon-DIAL rnit einern Raclar-RASS-Fernrneßsystem
l<ombinielt, clas clen clreiclirnensionalen lVinclvektor mit holier- räurnlichel uncl zeitlicher
Auflösung mißt. ÌVIit cler I(ombination von DIAL uncl Ra,clar-RASS kann somit clie Ozon-
clichte nncl clel Vertikahvincl im gleichen N¡Ießvolumen mit lioher- Auflösung bestirnrnt werclen.
Sornit kann cler tnrbulente Ozonfluß in velschieclenen Hölien rnittels cler Eclcly-I(ollelations-
lVlethocle belechnet welclen. Die Flußprofile r,vtirclen clulch Ozonflußmessungen in Ober-
flächennähe rnittels einer schnellen Ozonsoncle uncl einen lVinclsensor ergänzt. Es wircl ge-
zeigt, claß clie Höhen- uncl Zeitauflösung cles kombinierten DIAL-RASS-Systems von 75 rn
uncl 60 s ¿usreicht, clie wesentlichen Beitr'äge zum tulbnlenten Ozonfluß zn elfassen. Der vom
DIAL-RASS-Systeni erfaßte Höhenber-eich erstreckt sich von 300 bis 750 m tiber Gmncl.
Die Ozonflnßmessungen wurclen an vier aufeinanclerfolgenclen Tagen r,väht'encl einel
Schönwettelper.iocle irn Sornmer 1993 tiber ebenem, lanclwiltsch¿r,ftlich genutztem Gebiet
in Norclcleutschlancl clurcligeführt. An jeclem iVleßtag fanclen clulchschnittlich ftinf, jeweils
ein- bis zr,veisttinclige lVlessurigen statt, so daß sich clie gelnessenen Ozonflnßprofìle tibel clen
ganzelì Tag erstrecken uncl Zeitr'äume rnit untelschiecllich sta,r'ker l(onvektion erfal}t werclen.
Am Volrnittag ergaben sich liräftige negative Ozonfltisse in cler oberen Glenzschicht,
beclingt clurch clas Einrnischen einer ozonreichen Restschicht. hn weiteren Verlauf cles Tages
wnlclen positive Flußcliverg-enzen mit eineni Nullclurchgang cler Ozonflüsse etr,v¿r, in cler iVlitte
cler Grenzschicht beobachtet. Gegen Abencl strebten clie Ozonflässe in cler Grenzschicht gegen
Null.
Zusätzlich r,vurclen clie Ozon-DIAL- uncl Raclar-RASS-lVlessuugen clazn benutzt, clie Ozon-
procluktions- uncl -abbaur¿ten abznscliätzen nnter der Annahme, claß clie Ozon¿r,clvektion
vernachlässigt werclen clarf. Am Volmittag uncl fi'tihen Nachmittag variielte clie Ozonpro-
cluktionsrate in cler Grenzschicht zwischen 4 uncl tO ;ffi nncl wat' uahezu höhenkonstant,
während sie am späten Nachmittag und Abend auf Werte nahe Null abnahm.
In this work a new ozone DIAL system is presented, that has been used fol rneasurements
in tlie lower tlopospher-e. The ozorìe DIAL systern is basecl on a l(rypton-Fluorid excimel
laser' (248 nm) with snbsequent Raman scattering in Deuteriurn (268/292 nm) or Hyclrogen
(27713L3 nm). Two telescopes are usecl for receiving the backscattered radiation from the
atmosphere. Due to tlie geornetrical arangement ozone mea,surements were possible between
300 ancl 750 rn or 900 ancl 2100 rn. For a typical height resolution of 75 m ancl a time
resolution 60 s the statistical erlor- of tlie ozone DIAL measurements is less than 4 /4 fot
all heights.
A cletailed error analysis has been accomplishecl ancl the accuracy of the ozone DIAL
lneasllrements has been velifiecl by comparison with conventional in-situ instruments. The
¿ìveråge cleviation of the ozone clensities cluring a horizontal measulement with the DIAL
systern in compalison with a UV-photometer was 2.3 lS.
The focus of this wolk are ozore flux measurements in the convective planetary bonnclaly
layer'. Therefore the ozone DIAL was combined with a Raclar-RASS rernote sensing system,
that letrieves the three climensional wincl vector with high spatial ancl temporal resolntion.
Hence ozoue clensit;' ancl vertical wincl speecl can be cleterminecl in the sâ,me meâsulement
volnrne r,vith the conrbination of DIAL ancl Raclar-RASS with high lesolution. Conseclnently
the turbulent ozone flux can be calculatecl in cliffelent heights by using the eclcly correlation
techniqne. The ozone flux profiles \,vele cornplementecl by ozone flux measnlements neal the
gronncl, performecl with a fast ozone soncle ancl ¿ r,vincl sensor. It is shown, tliat the height
¿ncl tirne resolntion of the combinecl DIAL-RASS systern of 75 rn ancl 60 s, respectively, is
sufficient to resolve the rnajor contr-ibution to the tnlbulent ozone flnx. The height range
coverecl by the combinecl DIAL-RASS system extencls from 300 to 750 m above the grouncl.
The ozone flux measurernents were calliecl out or fonr consecntive clays cluling ¿1, fair
weather per.iocl in the sllmlnel' 1993 over'fl¿l,t falmlancl in Nor.thern Gelmany. An avelage of
five measnrements pel clay, each lasting one to two houLs, r,vele per.folmecl, so that the ozone
flux profiles covel the hole clav inclucling periclcls with cliffer-ent i:onvection.
During late morning-, prououncecl negative ozone fluxes r,vele founcl in the upper bounclaly
layer associatecl with the clor,vnwarcl rnixing of an ozone-r'ich resiclual layer. Later in the clay,
positive flux clivergences ancl ozone flnxes reaching zelo in the miclclle of the bonnclary layer
were observecl. In the late afternoou the ozone fluxes in the bounclar.y layel tencls to zelo.
In adclition, the ozone DIAL and Raclar-RASS measuleilìents r,vere usecl to estirnate
the ozone plocluction ancl clestruction rate uncler the assumptiou, that clzone aclvection can
be neglectecl. During iate rnorning ancl early after'iloon7 the ozoue plocluction rate in the
bounclary layel rangecl from 4 to 10 fS arrcl was failly constant with height, while in the
late afternoon and evening the production rate dropped to nearly zero.
