Auswertung

Mittlerweile ist es uns gelungen, sowohl die sekundären als auch die primären Messergebnisse unserer Sonde auszuwerten. Um einen kleinen Einblick in unsere Arbeit zu gewährleisten, möchten wir euch im Folgenden einen Teil der Auswertung zur Verfügung stellen.

 

Auswertung der sekundären Mission:

 

 

Ausgehend von einer Bodentemperatur von ca. 12°C sinkt die Temperatur (im Diagramm lila gezeichnet) bis zum Ende der Troposphäre in 18 km annähernd linear. In einer Höhe von 11-12,5 km, in der sogenannten Tropopause (zwischen Troposphäre und Stratosphäre), herrscht eine Temperatur von mindestens -40°C. Wie für die unteren Schichten der Stratosphäre charakteristisch, steigt ab einer Höhe von ca. 12,5 km die Außentemperatur ungefähr linear an bis in der von uns erreichten maximalen Höhe von 32 km beinahe eine Temperatur von 0°C gemessen wurde. Laut Vergleichsaufzeichnungen des Forschungszentrums Jülich ist ein solcher Temperaturgraph typisch für die troposphärischen Atmosphärenschichten, weshalb diese ermittelten Daten als verlässlich angesehen werden können und dem Temperatursensor in der Troposphäre eine fast uneingeschränkte Funktion zugeschrieben werden kann. Jedoch sind Temperaturwerte bis hin zu 0 Grad in der Stratosphäre nicht sinnvoll. Bereits in der Tropopause weicht der Sensor fast 10 Grad von der zu erwartenden Temperatur ab. Als mögliche Erklärung könnte man annehmen, dass die Sensoroberfläche durch Sonnenstrahlung erwärmt worden ist und so die fast 30-40 Grad zu hohen Temperaturwerte zustande kommen. Da unser Graph parallel zu etwaigen Vergleichsgraphen verschoben ist, ist aber naheliegender, dass ein Fehler beim Sensor die Ursache ist: So addiert er nach dem Erreichen seines Minimums von -40°, Temperaturänderungen nach oben auf seinen Minimalwert. Man kann davon ausgehen, dass die Temperatur mit abnehmendem Druck sich immer weiter von der Originaltemperatur entfernt. Aus Vergleichsaufzeichnungen der Wetterstation Hohenpeißenberg geht hervor, dass in der Tropopause eine durchschnittliche Temperatur von -60 Grad Celsius herrscht.

 

Betrachtet man den Ozongraphen (in schwarz) erfüllt auch dieser die typischen Charakteristika. Um die Prozesse in der gesamten Troposphäre, im Besonderen in Bodennähe, eingehender betrachten zu können, zeigt das folgende Diagramm die ozonale Mischungsrate in ppbv aufgetragen zur Höhe:

 

Der Partialdruck des Ozons in den ersten 4 km, also in direkter Bodennähe, wird maßgeblich durch Abgase beeinflusst. Die niedrigen Ozonwerte in 500 m lassen sich nur so erklären, dass das vorhandene Gleichgewicht des Ozon Auf- und Abbaus massiv gestört ist; also mehr Ozon durch NO abgebaut werden muss. Es haben massive Stickstoffreaktionen stattgefunden.

Die Ausprägung eines lokalen Ozonmaximums in 5-6 km Höhe ist auf Vertikalbewegungen der Atmosphäre zurückzuführen. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Ausprägung des Ozonmaximums durch eine Tropopausenfaltung entstanden ist und die Luftmassen durch ein Hochdruckgebiet zum Absinken gebracht worden sind.

 

In der gesamten Troposphäre kann eine stetige Zunahme der Ozonkonzentration mit der Höhe beobachtet werden. Dies kann auf vertikale Prozesse zurückgeführt werden. Zum einen gelangt Stratosphärisches Ozon in die Troposphäre und zum anderen steigen warme Luftmassen bis zur Troposphäre auf, wo sie deutlich langsamer bis überhaupt nicht weiter aufsteigen. Dies ist nur durch Tropopausenfaltungen möglich. Zusammengefasst tragen diese beiden Effekte zu einer Erhöhung der Ozonkonzentration bei, je näher man der Stratosphäre kommt.

In der Stratosphäre sind annähernd 90% des Ozons zu finden; 75% davon bereits in den ersten 15-30 km. Grund hierfür ist die Ausprägung des Ozonmaximums in der sogenannten Ozonschicht in derselben Höhe, welche gut am Graphen erkennbar ist. Eine Besonderheit gegenüber anderen Spurengase der Atmosphäre ist, dass die an einem Ort gemessenen Ozonwerte nicht allein durch lokale Entstehungsprozesse erklärbar sind. Oftmals sind die gemessenen Ozonwerte nur die Spitzenwerte der Ozonbelastung, da die Luftmassen während des Entstehungsprozesses transportiert werden.

Neben horizontalen Transportprozessen in der Atmosphäre treten aber auch vertikale Prozesse auf. Dieser Vorgang lässt sich gut an den beiden lokalen Ozonminima in 12 und 17 km Höhe festmachen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass es uns gelungen ist, repräsentative Ozonwerte für den Großraum Köln festzustellen. Zwar sind diese Werte abhängig von der Tages- und der Jahreszeit, doch trotzdem lassen sich wichtige für einen Ballungsraum charakteristische Werte ablesen. Diese sind zum einen die hohen Ozonwerte in Bodennähe, sowie die ungefähre Höhe der stratosphärischen Ozonschicht und die Höhe der Tropopause.