Auswaschen von atmosphaerischen Schadstoffen durch Wolken und Niederschlag mittels eines vertikalen Windkanals Auswaschen von Schadstoffgasen und Aerosolpartikeln durch Wassertropfen und Schneekristalle mittels eines vertikalen Windkanals. Abschlussbericht der Projektphasen II und III

By means of a wind tunnel set-up we have measured the efficiencies with which aerosol particles and pollutant gases are taken up by water drops and snow crystals. The results of these measurements were used to verify theoretical formulations which describe this uptake. The verified formulations were included in our 1-D and 2-D cloud models to compute for various scenarios the wet deposition of pollutants. Our experiments carried out for SO_2, NH_3, HNO_3, HCl in presence of H_2O_2 and CO_2 led to three significant results: (1) The gas diffusion model for complete internal mixing in a drop can only be applied if the gas concentration in the air is below a critical value which depends on the type of gas. Above this concentration the diffusion inside the drop has to be computed by applying the Kronig and Brink model. (2) Gas desorption cannot be described by the complete mixing model since it involves diffusion inside the drop. Therefore the Kronig-Brink-modell must be applied. (3) Snow crystals are significantly involved in the washout process of aerosol particles and pollutant gases. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F95B1301+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Auswaschen von atmosphaerischen Spurenstoffen durch Wolken und Niederschlag mittels eines vertikalen Windkanals Abschlussbericht

Our research carried out during 1988, 1989 and 1990 concerned itself with research on the scavenging of gaseous and particulate pollutants in the atmosphere by clouds and precipitation using for the first time a vertical wind tunnel as experimental tool. The results of the present research period has been recorded in form of 6 Diploma Thesis and published in form of 8 articles in scientific journals. The present experimental setup showed that the rate by which aerosol particles are taken up by freely falling drops is a strong function of the size of the aerosol particles and the drops. The uptake rate of SO_2 by freely falling drops is a strong function of the SO_2 concentration in the air, the size of the drops and the presence of H_2O_2 in air. For the first time it also could be shown quantitatively that snowflakes are actively involved in removing not only aerosol but also pollutant gases from the atmosphere. Calculations with our entraining air parcel model and our 2-dimensional cloud model for convective clouds showed that our wind tunnel data represent a significant input into such models. (orig.)Unsere waehrend der Jahre 1988, 1989 und 1990 durchgefuehrte Forschung befasste sich mit Untersuchungen zum Problem des Auswaschens atmosphaerischer Schadstoffe als Aerosolpartikel und Gase durch Wolken und Niederschlag. Zum ersten Male konnte zu solchen Untersuchungen ein vertikaler Windkanal eingesetzt werden. Die Resultate unserer Forschung waehrend der gegenwaertigen Projektperiode wurden publiziert in Form von 6 Diplomarbeiten und 8 Artikeln in wissenschaftlichen Zeitschriften. Das Windkanalexperiment zeigte, dass die Aufnahmerate von Aerosolpartikeln durch frei fallende Tropfen stark abhaengt von der Aerosolpartikelgroesse und der Groesse der Tropfen. Die Aufnahmerate des SO_2 durch frei fallende Tropfen zeigt eine starke Abhaengigkeit von der Groesse der Tropfen sowie der Konzentration des SO_2 und des H_2O_2 in der Luft. Zum ersten Male konnte quantitativ gezeigt werden, dass auch Schneeflocken signifikant am Auswaschen von Aerosolpartikeln und Schadstoffgasen beteiligt sind. Berechnungen mit unserem Luftpaketmodell und unserem zweidimensionalen Wolkenmodell fuer konvektive Wolken zeigen, dass unsere Windkanaldaten eine wichtige Eingabequelle fuer solche Modelle darstellen. (orig.)Available from TIB Hannover: D.Dt.F. QN1(4,20) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Parametrisierung der Nassdeposition von konvektiven Wolken Abschlussbericht

Im Rahmen des EUROTRAC Unterprojektes EUMAC wird ein Modell zur Simulation des Schadstofftransportes und -auswaschens ueber Europa (EURAD) verbessert und auf europaeische Verhaeltnisse angepasst. Da die beiden derzeit im Modell enthaltenen Kumuluskonvektionsparametrisierungen sich nicht zur Berechnung des massenbilanzierten Vertikaltransportes und des Auswaschens von Spurenstoffen eignen und auch sonst zahlreiche Schwachpunkte aufweisen, sollen sie durch eine neue Parametrisierung ersetzt werden. Dafuer wurde das Verfahren von Bott (1986) ausgewaehlt. Es wurde um eine Kessler-Parametrisierung fuer warme und kalte Wolken erweitert und enthaelt nun prognostische Gleichungen fuer Wolkenwasser, Niederschlagswasser und Niederschlagseis. An die Parametrisierung der Mikrophysik wurde eine Parametrisierung der Aufnahme, des Transportes und der Deposition von Aerosolteilchen gekoppelt. Dieses Schema wurde durch Vergleich mit detaillierten Rechnungen mit unserem zwei-dimensionalen dynamischen Modell mit spektraler Mikrophysik der fluessigen und Eisphase und spektralem Auswaschen von Spurenstoffen entwickelt. Danach wurde es in einer nichtgekoppelten Version in den synoptischen Teil des EURAD-Modells (das MM4 Modell) eingebaut und mit den bisherigen Ergebnissen des Modells und Beobachtungen verglichen. (orig.)Within the EUROTRAC subproject EUMAC a model to simulate the transport and removal of pollutants over Europe (EURAD) is improved and adapted to European conditions. As the parameterizations of cumulus convection presently implemented in the model are not suitable to simulate the mass conserving vertical transport and removal of pollutants and have serveral additional weak points, they shall be replaced by a new parameterization. For this, the scheme of Bott (1986) was chosen. It was extended to include a Kessler-type parameterization for warm and cold clouds and contains now prognostic equations for cloud water, precipitation water and precipitation ice. Coupled to the parameterization of microphysics is a parameterization of the uptake, transport and deposition of aerosol particles. This scheme was developed by comparison with detailed calculations with our 2-D dynamical model with spectral microphysics of liquid and ice phase and the spectral scavenging of pollutants. Then the scheme was incorporated into the synoptic part of the EURAD model (the MM4 model) in a non-coupled version and the results were compared with the previous ones and with the observations. (orig.)Available from TIB Hannover: D.Dt.F.QN1(9,20) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Parametrisierung der Nassdeposition von konvektiven Wolken Abschlussbericht

Im Rahmen des EUROTRAC Subprojektes EUMAC wurde ein Beitrag geleistet zur Verbesserung des EURAD-Modelles das zur Simulation des Schadstofftransportes und des Schadstoffauswaschens ueber Europa formuliert worden ist. Da die beiden im Modell enthaltenen Kumuluskonvektionsparametrisierungen sich nicht zur Berechnung des nassen-bilanzierten Vertikaltransportes und des Auswaschens von Schadstoffen eignen und zudem zahlreiche weitere Schwachpunkte aufweisen, wurde sie durch eine neue Parametrisierung ersetzt. Dafuer wurde das Verfahren von Bott (1986) ausgewaehlt. Dieses Verfahren wurde durch eine Kessler Parametrisierung fuer warme und kalte Wolken erweitert, so dass das Verfahren neue prognostische Gleichungen fuer Wolkenwasser, Niederschlagswasser und Niederschlagseis enthaelt. An diese Parametrisierung der Wolkenmikrophysik wurde zusaetzlich eine Parametrisierung fuer das Auswaschen und die Deposition von Abosolpartikel gekoppelt. Im Anschluss an einen erfolgreichen Vergleich dieses Schemas mit detaillierten Resultaten unseres 2-dimensionalen, dynamischen Wolkenmodelles mit spektraler Mikrophysik der fluessigen Phase und der Eisphase sowie spektralen Auswaschens von Aerosolpartikel, wurde unser Schema in den MM4/5 Teil und dem CTM Teil des EURAD-Modelles eingebaut. Modellrechnungen wurden fuer die Chernobyl Episode ausgefuehrt und die Resultate dieser Rechnungen verglichen mit den Resultaten der urspruenglichen Parametrisierung sowie mit Beobachtungen. Die Uebereinstimmungen mit der Beobachtung war zufriedenstellend. Der Beweis der Ueberlegenheit des von uns entwickelten Konvektionsschemas gegenueber dem urspruenglichen Schemas das physikalisch weniger detailliert ist, konnte jedoch leider nicht erbracht werden. Zusaetzliche Arbeit waere notwendig. (orig.)The present work represents an attempt to improve the EURAD Model which, within the EUROTRAC Subprojekt EUMAC, had been formulated to simulate the transport and scavenging of pollutants over Europe. For this purpose a new parametrization scheme, the scheme of Bott (1986) was introduced into the model since the cumulus convection parametrizations presently contained in the model are not suitable to simulate the mass conserving vertical transport and removal of pollutants, apart from several additional weaknesses. The scheme of Bott was subsequently extended to include a Kessler-type parametrization for warm or cold clouds so that it contains now prognostic equations for cloud water, precipation water and precipation ice. Added to this parametrization was further a parametrization for the uptake and deposition of aerosol particles. Subsequently to a successful comparison of these parametrization schemes with the results for our two-dimensional could dynamic model with spectral microphysics and spectral particle scavenging, we incorporated the new schemes into the MM4/5 and the CTM portions of the EURAD model. With this revised model we carried out computations for the Chernobyl episode. The results of our computations were compared with the results of the original model and with observation. The comparison with observations was satisfactory. However a proof for the superiority of the new schemes over the previous schems which contain less detailed physics could not yet be given in a convincing manner. Additional work would be necessary. (orig.)Available from TIB Hannover: F96B144+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman