AG Experimentelle Atmosphaerenforschung
Das mittlere Alter der Luft
Fast alle Luft in der Stratosphäre wird durch die tropische Tropopause aus der Troposphäre in die Stratosphäre eingetragen.
Zwar ist der zonale Wind in der Stratosphäre schnell, der meridionale und vertikale Transport, der die Luft nun weiter in der Stratosphäre verteilt, ist aber langsam. Die Zeitskalen, die für diesen Transport benötigt werden, liegen im Bereich von Jahren. Während des Transports kommt es auch immer wieder zu Mischung. Deshalb besteht ein Luftpaket an einem bestimmten Ort der Stratosphäre aus einer Vielzahl von irreversibel vermischten Luftpaketen mit unterschiedlichen Transportwegen und Transitzeiten (siehe Abb.). Durch diese langen Transitzeiten unterscheiden sich die Mischungsverhältnisse von inerten Spurengasen zwischen Troposphäre und Stratosphäre, wenn diese Gase einen langfristigen Trend in der Troposphäre zeigen. Zwei Gase, die diese Bedingungen gut erfüllen, sind SF6 und CO2.
Mit Hilfe der Messung langlebiger Spurengase kann das mittlere Alter der Luft bestimmt werden, also der Mittelwert der Transitzeiten. In erster Näherung wird dies aus dem Zeitversatz bestimmt, mit dem ein bestimmtes Mischungsverhältnis in der Troposphäre und der Stratosphäre gefunden wird. Für eine genauere Bestimmung des mittleren Alters müssen dann noch Effekte durch nichtlineare Anstiegsraten und die Form der Transitzeitverteilung berücksichtigt werden. Sollte sich z.B. der Transport in der Stratosphäre beschleunigen, wie von aktuellen Klimamodellen vorhergesagt, dann sollte dies zu einer Abnahme des mittleren Alters führen.
Dieses mittlere Alter bestimmen wir sowohl aus SF6- als auch aus CO2-Messungen. Beide Substanzen können an Luftproben gemessen werden, die z.B. mit einem kryogenen Luftprobensammler in der Stratosphäre gesammelt werden. CO2 können wir mit Hilfe der AirCore Technik bestimmen, und SF6 messen wir auch auf dem HALO Flugzeug.
Das mittlere Alter aus unseren Messungen wird einerseits verwendet, um Transportprozesse und Zeitskalen in der Stratosphäre zu untersuchen, aber auch, um langfristige Änderungen zu untersuchen. Hierzu ist am Institut ein Datensatz von über 40 Jahren vorhanden, der aktuell mit Hilfe von AirCore Messungen fortgeführt wird. Dieser Datensatz zeigt im Rahmen der Unsicherheiten keine signifikante Veränderung.