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Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird das Aerosolteilchenmodul APMO zur Parameterisierung
der Mikrophysik von Aerosolteilchen mit dem Ziei entwickelt, räumlich und zeitlichvaria-
ble Aerosolteilchenfelder in der Troposphäre zu berechnen. Mit APMO werden als erste
Anwendung globale natürliche Aerosolteilchenfelder in drei Größenklassen interaktiv im
Klimamodell berechnet. Dazu wurden 3 Größenklassen - nucleus-mode, accumulation-
mode und coarse-mode - ausgewählt, weil für diese typische mikrophysikalische und

optische Eigenschaften gelten.
Die Quellflüsse der mineralischen Teilchen, die über Wüsten aufgewirbelt werden und
die Quellflüsse der Seesalzteilchen, die über dem Meer entstehen, werden über empirische
Ansätze abhängig von der Windgeschwindigkeit parameterisiert. Die anderen natürli-
chen Aerosolquellen über den Kontinenten werden als fester Quellfluß an Hand von
Beobachtungsdaten abgeschätzt. Da über Schnee und Eisflächen in APMO keine Ae-
rosolteilchen emittiert werden, unterliegen die Quellflüsse realistischen jahreszeitlichen
Schwankungen. Es wurde eine einfache Abschätzung der Aerosolteilchenquelle in der
Atmosphäre durch Gas-Teilchen-Umwandlung mit festem, aber vertikal abnehmendem
Quellfluß durchgeführt.
In dem Modul werden die in der Troposphäre wichtigen Senkenprozesse wie trockene
Deposition, Sedimentation, Rainout, Washout und Koagulation parameterisiert.
Es gibt eine größere trockene Deposition über Wald. Für das Rainout wurde eine Parame-
terisierung ausgewählt, die den Wolkenbedeckungsgrad miteinbezieht. Das Auswaschen
durch Niederschlag (Washout) hängt von der Niederschlagsrate im Modell, der Teilchen-
zahldichte und der Kollisionseffi.zienz ab. Die von der Teilchenzahldichte abhängige Ko-
agulation beschreibt die Wechselwirkung zwischen den Größenklassen.
Die durchgeführten Simulationen bestätigen, daß in jeder Größenklasse ein anderer Sen-
kenprozeß dominiert; für den nucleus-mode die Koagulation, für den accumulation-mode
das Rainout und für den coarse-mode die trockene Deposition.
Die mit APMO berechneten natürlichen Aerosolteilchenfelder zeigen im Vergleich mit
Messungen und Beobachtungen eine gute Übereinstimmung. Als Ergebnisse werden jah-
reszeitlich gemittelte Teilchenzahldichten für Januar und Juli vorgestellt, auf denen die
für die jeweilige Jahreszeit typischen Strukturen zu sehen sind. Im Januar ergeben sich
beispielsweise über den Kontinenten der Nordhalbkugel deutlich geringere Teilchenzahl-
dichten als im Juli. Außerdem gibt es mit der jahreszeitlichen Verlagerung der innertropi-
schen Konvergenzzone (ITC) eine Nord- bzw. Süd-Verschiebung der tropischen Maxima
und Minima der Aerosolteilchenzahl. Der indische Sommermonsun führt im Juli zu einem
Minimum der Teilchenzahldichte ailer drei Größenklassen. Der Transport von minerali-
schen Aerosolteilchen aus der Sahara über den Atlantik ist besonders im Januar gut
erkennbar und stimmt qualitativ mit den auf Satellitenbildern erkennbaren Strukturen
überein. Die aus den Ergebnissen der durchgeführten Berechnungen abgeleiteten Mas-
senmischungsverhältnisse liegen in der gleichen Größenordnung wie Beobachtungsdaten.Da Aerosolteilchen in der Natur in zeitlich und räumlich sehr variablen Konzentrationen
und Eigenschaften auftreten und es keine ausreichenden flächendeckenden Messungen
gibt, ist es sinnvoll und notwendig, ihre Verteilung zu simulieren. Aus mit APMO be-
rechneten 3-dimensionalen Verteilungen der Aerosolteilchenzahldichte und den mittleren
optischen Eigenschaften können 3-dimensionale Verteilungen der optischen Eigenschaften
der Aerosolteilchen berechnet werden, die dann als Basis zur Bestimmung der Klimawir-
kung der Aerosolteilchen dienen.