Meteorologische Analyse des großräumigen Ozontrends im Alpenraum : Ein Beitrag zum Global Atmosphere Watch Programm der World Meteorological Organization

Wien

2014

92 S.

Bandaufführung

190836

Analysen der Trends von Ozon an den alpinen GAW-Stationen Hohenpeißenberg/Zugspitze, Jungfraujoch und Sonnblick konnten den Verlauf des Ozontrends (Anstieg bis in die frühen 2000er Jahre vor allem im Winter, danach leichter Rückgang) nicht hinreichend erklären. In Fortsetzung dieser Studien wurde daher der Einfluss der für Ozon relevanten meteorologischen Parameter auf den Ozontrend - vor allem im Winter - untersucht: Vertikale Durchmischung der Atmosphäre anhand von vertikalen Temperaturgradienten, abgeleitet aus homogenisierten Temperaturreihen von Sonnblick (Gipfel) und Rauris (Talstation) und den Radiosonden München und Wien; Sonnenscheindauer (homogenisierte Daten vom Sonnblick) und Strömungsverhältnisse, ermittelt anhand von 4-Tage-Rückwärtstrajektorien, basierend auf den ERA-Interim-Feldern des Europäischen Zentrums für Mittelfristige Wettervorhersage. Ausgewertet wurde der Zeitraum von 1.1.1993 bis 31.12.2011. Die Analyse der Einflüsse der meteorologischen Parameter auf die Ozonkonzentration an den einzelnen Messstellen zeigte, dass der Hohenpeißenberg am stärksten von regionalen (photo)chemischen Prozessen beeinflusst wird: Ozonabbau unter- bzw. innerhalb der Inversion im Winter und photochemische Ozonproduktion im Frühjahr und im Sommer. Auch an der am weitesten im Osten gelegenen und folglich kontinentalen Einflüssen relativ stark ausgesetzten Station Sonnblick sind diese Einflüsse noch zu erkennen. Besonders deutlich ist der stationsspezifisch unterschiedliche Einfluss der Ozonchemie an der hohen Ozonkonzentration im sonnenscheinreichen Sommer 2003 an allen Stationen, aber am ebenfalls sonnenscheinreichen Sommer 1994 nur am Hohenpeißenberg zu erkennen. Trotz des für klimatologische Trendanalysen doch noch relativ kurzen Auswertezeitraums, zum Teil starken Schwankungen der meteorologischen Parameter und Trends mit meist nur geringer Signifikanz ergaben sich doch einige recht stimmige Ergebnisse: Abnahme der Temperatur im Winter vor allem in hochalpinen Lagen und in der mittleren Troposphäre, folglich eine Abnahme der Stabilität der Talatmosphäre, verbunden mit Hinweisen für ein leichtes Absinken der Tropopause; Zunahme der Temperatur während der übrigen Jahreszeiten, im Frühjahr vor allem in der unteren, im Sommer und Herbst in der gesamten Troposphäre mit Hinweisen für ein Ansteigen der Tropopause im Herbst. Zunahme der Sonnenscheindauer im Herbst und - mit geringer Signifikanz - im Frühjahr. Abnahme von Luftströmungen aus W und NW, Zunahme von Luftströmungen aus dem Kontinent aus NE und aus SE außer im Sommer; die gefundene Temperaturabnahme im Winter dürfte auf die veränderten Strömungsverhältnisse zurückzuführen sein. Die Änderungen der Strömungsverhältnisse dürften eine wesentliche Mit-Ursache des Trendverlaufs von Ozon im Winter sein: Insbesondere der Trendverlauf von relativ ozonreichen Luftmassen aus der freien Troposphäre oberhalb von 2.000 m Höhe ist nahezu deckungsgleich mit jenem von Ozon. Die vor allem am Jungfraujoch und am Zugspitzgipfel sehr niedrige Ozonkonzentration im Winter 1993/94 sowie der am Hohenpeißenberg ozonarme Winter 1995/96 lassen sich zumindest teilweise auf die meteorologischen Verhältnisse zurückführen: Im Winter 1993/94 ist die Stabilität der Talatmosphäre auffallend gering (offensichtlich eine Wirkung überdurchschnittlicher Bewölkung) sowie der Einfluss von Luftmassen aus W über und jener aus NE und aus der freien Troposphäre deutlich unter dem Durchschnitt (alles ozonmindernd an den Hochgebirgsstationen); im Winter 1995/96 sind bodennahe Luftströmungen aus dem Nahbereich aus NE und SE markant über und Absinken aus Höhen oberhalb von 2.000 m unter dem Durchschnitt, was sich vor allem für den Hohenpeißenberg besonders ozonmindernd auswirkt. Für den Sommer zeigen die relevanten meteorologischen Parameter zwar starke Schwankungen über die Periode von 1993 bis 2011, jedoch keinen Trend. Die Ozonabnahme im Sommer muss daher andere Ursachen haben und könnte zumindest teilweise auf die Abnahme der Ozon-Vorläufer zurückzuführen sein. Für die Zwischenjahreszeiten zeigen vor allem die Trajektorienstatistiken eine Vermischung von Merkmalen beider Hauptjahreszeiten, die Abhängigkeit des Ozons vor allem von den Strömungsverhältnissen dürfte dann häufig vom jeweiligen Witterungsverlauf abhängen. Dennoch konnten zumindest für das Frühjahr, nicht aber für den Herbst, Hinweise für den Einfluss der Strömungsverhältnisse auf den Trendverlauf von Ozon gefunden werden: Abnahme relativ ozonarmer Luftmassen aus W und Zunahme des Einflusses eher ozonreicher Luftmassen aus dem Kontinent. Sowohl für den Trendverlauf des Ozons im Herbst als auch für die niedrige Ozonkonzentration im Jahr 1993 konnte hingegen keine meteorologische Erklärung gefunden werden. Die vorliegenden Ergebnisse, die auf einer Analyse der regionalen meteorologischen Verhältnisse in (Mittel-)Europa beruhen, unterstützen den von Parrish et al. (2012) gefundenen, über weite Teile der Nordhemisphäre recht uniformen Ozontrend, können diesen jedoch nicht erklären - es sei denn, die hier gefundenen Änderungen der Strömungsverhältnisse sind nicht nur über Europa, sondern auch über anderen Teilen der Nordhemisphäre wirksam. Zu diesem Zweck wären weiterführende Analysen erforderlich.