1 Einleitung ................................................... 1
2 Wasserdampf in der UTLS ...................................... 6
2.1 Begriffsklärung ......................................... 6
2.1.1 Definitionen von Tropopause und UTLS ............. 6
2.1.2 Maße für Wasserdampf in der Atmosphäre ........... 8
2.2 Wasserdampfverteilung und wichtige
Transportmechanismen in der Atmosphäre ................. 10
2.3 Wasserdampf als Treibhausgas ........................... 12
2.4 Zirruswolken und Kondensstreifen ....................... 15
2.4.1 Entstehung und globale Verteilung von Zirren .... 15
2.4.2 Einfluss von Zirren auf den Strahlungshaushalt .. 19
2.4.3 Entstehung und Klimawirkung von
Kondensstreifen ................................. 21
2.4.4 Messung von RHi in und in der Umgebung von
Kondensstreifen ................................. 24
2.5 Messtechniken und Unsicherheiten der
Wasserdampfmessung in der UTLS ......................... 27
2.5.1 In-situ Messtechniken ........................... 27
2.5.2 Fernerkundungsmethoden .......................... 28
2.5.3 Unsicherheiten der Wasserdampfmessung in der
UTLS ............................................ 29
3 Das flugzeuggetragene Massenspektrometer AIMS-H20 ........... 32
3.1 Das Massenspektrometer als Nachweiseinheit für
Ionen .................................................. 32
3.1.1 Das Prinzip des linearen Quadrupol
Massenspektrometers ............................. 32
3.1.2 Aufbau des Massenspektrometers .................. 37
3.1.3 Ionenoptik, Massenselektion und Detektion der
Ionen ........................................... 38
3.1.4 Messmoden des Massenspektrometers ............... 41
3.2 Ionenquelle ............................................ 42
3.2.1 Gasentladungsionenquelle für AIMS-H2O ........... 43
3.2.2 Mechanismus der Gasentladung .................... 46
3.2.3 Reaktionen in der Ionenquelle ................... 48
3.3 Inflight Kalibrationsmodul für AIMS-H20 ................ 52
3.3.1 Prinzip der katalytischen Erzeugung von
Wasserdampf ..................................... 52
3.3.2 Konversionseffizienz und Fehlerbetrachtung ...... 55
3.3.3 Aufbau der inflight Kalibration ................. 56
3.3.4 Betriebsparameter des Kalibrationsmoduls ........ 58
3.4 Kalibration von AIMS-H2O ............................... 63
3.4.1 Kalibrationsaufbau .............................. 63
3.4.2 Referenzinstrument MBW 373LX .................... 64
3.4.3 Massenspektrum .................................. 67
3.4.4 Kalibration von H30+(H2O) und H3O+(H2O)2 ........ 70
3.4.5 Druckabhängigkeit des dynamischen
Messbereichs .................................... 77
3.4.6 Betriebsparameter von AIMS-H20 .................. 79
3.5 Fehlerquellen bei AIMS-H20 ............................. 83
3.5.1 Langzeitstabilität der Kalibration .............. 83
3.5.2 Übertragbarkeit von Laborkalibration auf
die Messung im Flug ............................. 84
3.5.3 Qualität des Messsignals ........................ 86
3.5.4 Wasserdampfkontamination in der Ionenquelle
und der Vakuumkammer ............................ 90
3.5.5 Querempfindlichkeiten ........................... 93
3.5.6 Stabilität der Flussbedingungen ................. 95
3.6 Auswertungsschema für Flugzeugmessungen ................ 96
3.7 Integration von AIMS-H20 in die Falcon ................. 98
3.7.1 Flugzeugaufbau und Zulassung .................... 98
3.7.2 Lufteinlass .................................... 104
3.7.3 Druckregelung .................................. 107
4 AIMS-H20 bei CONCERT 2011 .................................. 110
4.1 Übersicht zu CONCERT 2011 ........................ 110
4.1.1 Wissenschaftliche Ziele ........................ 110
4.1.2 Instrumentierung der Falcon .................... 112
4.1.3 Messflüge während CONCERT 2011 ................. 114
4.2 Wasserdampfmessungen bei CONCERT 2011 ................. 116
4.2.1 Obersicht über die Wasserdampfmessungen ........ 116
4.2.2 Unsicherheiten der Instrumente ................. 120
4.2.3 Instrumentenvergleich .......................... 124
4.3 Stratosphärische Intrusion ............................ 129
4.3.1 Meteorologische Situation und Flugweg .......... 129
4.3.2 Vergleich der Messungen mit ECMWF Daten ........ 131
4.3.3 Skalierung der Kalibrationsfunktion über
Waran .......................................... 135
4.4 Relative Feuchte in jungen Kondensstreifen und
Zirren ................................................ 137
4.4.1 Meteorologische Situation und Flugweg .......... 137
4.4.2 Messung von RHi und Bestimmung der
Unsicherheiten ................................. 140
4.4.3 Klassifizierung von RHi im Kondensstreifen ..... 144
4.4.4 Verteilung von RHi im Kondensstreifen .......... 146
5 Zusammenfassung ............................................ 153
6 Ausblick ................................................... 156
Anhang ........................................................ 158
Abkürzungen und Symbole ....................................... 167
Abbildungsverzeichnis ......................................... 171
Tabellenverzeichnis ........................................... 174
Literaturverzeichnis .......................................... 175
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