Von drei Geräten, die auf dem Jungfraujoch in permanentem Einsatz stehen, können online Messgrafiken abgerufen werden. Es handelt sich um den "CNC", der die Aerosolpartikel zählt, das Nephelometer, welches erfasst, wie gut die Teilchen Licht streuen und das Aethalometer, das die Menge des "geschluckten" Lichtes angibt sowie, daraus abgeleitet, die Masse der Russpartikel in der Luft. Doch was bedeuten die diversen Messkurven konkret? Und wie soll man sie "lesen"? Vier Kurzanleitungen als Orientierungshilfen.

 
 

August 5, 2003


Anzahlkonzentration

Bei der Anzahlkonzentration werden die einzelnen Aerosolteilchen in einem Kubikzentimeter Luft
gezählt.

 

Planetare Grenzschicht

Die Planetare
Grenzschicht mit ihren vielen "frischen" Aerosolpartikeln erreicht das Jungfraujoch im Sommer oftmals am Nachmittag. In den restlichen Tageszeiten sowie ganztags im Winter liegt die Forschungsstation in der "saubereren" freien Troposphäre.

 


Grundaussage:
Wann hat es wieviele Aerosolpartikel in einem Kubikzentimeter Luft (die Grösse der Teilchen spielt hierbei keine Rolle).

Messinstrument: CNC, Condensation Nucleus Counter, siehe auch "Wie misst man Aerosole/Geräte".

Angaben zur Grafik:
Die horizontale x-Achse der Grafik zeigt die Messperiode an. Sie reicht jeweils vom Moment der Grafikerstellung um den gewählten Zeitraum zurück. Wird beispielsweise online eine Messung am 1. August 2003 für die Periode von einem Jahr gewählt, dann erscheint auf der x-Achse die Messkurve vom 1.8.2002 bis 1.8.2003.
Die vertikale y-Achse der Grafik zeigt die Anzahl der Aerosolpartikel pro Kubikzentimeter Luft. 1 Kubikzentimeter entspricht dem Inhalt eines Würfels mit 1 Zentimeter Seitenlänge.

Interpretationshilfe:
• Tagsüber zählt der CNC tendenziell mehr Aerosolpartikel, weil viele kleine Teilchen durch fotochemische Prozesse (Vorgänge, für die Licht nötig sind, s. Glossar) gebildet werden.

• In den Sommermonaten kann am Nachmittag eine weitere Erhöhung der Anzahlkonzentration abgelesen werden, weil dann die Planetare Grenzschicht das Jungfraujoch erreicht. Die Planetare Grenzschicht beinhaltet die Luft, welche an die Erdoberfläche angrenzt und von bodennahen Emissionen beeinflusst wird (s. Glossar). Allerdings sind die Tagesgänge weniger ausgeprägt als beim Lichtstreu-Koeffizienten, beim Lichtabsorptions-Koeffizienten und bei der Russkonzentration, weil kleine Partikel auch in der Troposphäre erzeugt werden.

• In den Wintermonaten ist ein Tagesgang nur schwach erkennbar, weil sich in dieser Zeit das Jungfraujoch in der freien Troposphäre befindet. Eine sichtbare Zunahme tagsüber ist auf fotochemische Prozesse zurückzuführen, durch die vor allem ultrafeine Partikel (siehe "Was sind Aerosole/Beispiele") entstehen.

Anzahlkonzentration-Tagesgang

Beispiele von je zwei Messtagen im Sommer (linkes Bild) und im Winter.

• Jahresgänge zeichnen sich dadurch aus, dass es im Winter rund zwei bis drei Mal weniger Aerosole pro Kubikzentimeter Luft hat. Das heisst, die Anzahlkonzentration ist um einen Faktor 2 bis 3 tiefer.

Anzahlkonzentration-Jahresgang
Ein Beispiel eines Jahresganges der Anzahlkonzentrations-Messung.

• Sind die Werte – ob im Sommer oder Winter – auffallend tief (weniger als 100 Partikel pro Kubikzentimeter Luft), so hat es in dieser Zeitspanne womöglich geregnet oder geschneit, wodurch die Aerosolpartikel aus der Luft "ausgewaschen" wurden.

• Der Kurvenverlauf ist generell auffallend "lebendig", ohne eindeutige Tages-, Wochen- oder Jahresmuster. Dies, weil sehr viele Prozess die Anzahl der Aerosolpartikel beeinflussen: Fotochemie, Wetterbedingungen, Planetare Grenzschicht, "Herkunft" der Luftmassen etc.

• Ein Trend, ob die Anzahl der Aerosolpartikel langfristig zu- oder abnimmt, ist noch nicht mit Gewissheit festzustellen. Hierfür sind weitere Langzeitmessungen nötig.

Bedeutung: Die Bestimmung der Anzahl Aerosolpartikel ist eine Grundmessgrösse. Die entsprechenden Messungen auf dem Jungfraujoch dienen auch dazu, lokale Luftverunreinigungen festzustellen, und stellen somit eine Qualitätssicherung für sämtliche weiteren Messverfahren dar. Siehe auch "Warum Aerosolforschung".

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Lichstreuung

Aerosole können Lichtstrahlen streuen respektive aus ihrer Bahn werfen.

 

 

 

Planetare Grenzschicht

Die Planetare
Grenzschicht trägt im Sommer am Nachmittag viele Aerosolpartikel aus dem partikelreichen städtischen Unterland hinauf aufs Jungfraujoch. Dies hat zur Folge, dass mehr Licht aus seiner Bahn geworfen respektive gestreut wird.

 

 

 

 

 



Prismaeffekt

"Weisses" Licht wird durch das Prisma in seine Grundfarben aufgeteilt.

 

 


Grundaussage
: Wie gut kann das Aerosolpartikel (rotes, grünes und blaues) Licht streuen respektive von seiner Bahn ablenken.

Messinstrument: Nephelometer, siehe auch "Wie misst man Aerosole/Geräte".

Angaben zur Grafik:
Die horizontale x-Achse der Grafik zeigt die Messperiode an. Sie reicht jeweils vom Moment der Grafikerstellung um den gewählten Zeitraum zurück. Wird beispielsweise eine Online-Messung am 1. August 2003 für die Periode von einem Jahr gewählt, dann erscheint auf der x-Achse die Messkurve vom 1.8.2002 bis 1.8.2003.
Die vertikale y-Achse der Grafik stellt den Lichtstreu-Koeffizienten dar, welcher ein Mass für das Streuvermögen ist. Der Lichtstreu-Koeffizient bs wird über das so genannte Lambert-Beer-Gesetz definiert, das besagt:
I = I0 exp (-bs·x), wobei
I0 der Lichtintensität entspricht, die in ein Luftvolumen eintritt. Nach dem Weg x beträgt die Lichtintensität auf Grund der Streuverluste nurmehr I.

Interpretationshilfe:
• Bei der Messung des Lichtstreu-Koeffizienten spielen Aerosolpartikel von mehreren hundert Nanometer Durchmesser die Hauptrolle. Ihre Grösse entspricht derjenigen der Lichtwellen im sichtbaren Bereich.

• Die Messungen zeigen im Sommer häufig einen klaren Tagesgang, da der Lichtstreu-Koeffizient in dieser Periode insbesondere durch die Planetare Grenzschicht beeinflusst wird. Die Planetare Grenzschicht beinhaltet die Luft, welche an die Erdoberfläche angrenzt und von bodennahen Emissionen beeinflusst wird (s. Glossar). Im Winter, wenn sich das Jungfraujoch in der freien Troposphäre befindet, ist hingegen fast keine Veränderung im Lichtstreuvermögen abzulesen.


Streukoeffizient-Tagesgang

Beispiele von je zwei Messtagen im Sommer (linkes Bild) und im Winter.

• Jahresmessungen des Lichtstreu-Koeffizienten zeichnen sich dadurch aus, dass das Streuvermögen der Aerosolpartikel im Winter im Durchschnitt mehr als zehn Mal kleiner ist als im Sommer. Der Grund liegt wiederum in der Planetaren Grenzschicht (PG), die ja nur im Sommer das Jungfraujoch gegen Nachmittag erreicht. Die vielen grossen Teilchen, die die PG mit sich trägt, können das Licht gut streuen.

Streukoeffizient-Jahresgang
Ein Beispiel eines Jahresganges der Lichtstreu-Koeffizent-Messung.

• Der Lichtstreu-Koeffizient wird in drei Licht-Wellenlängen gemessen: blau, 450 Nanometer; grün, 550 Nanometer und rot, 700 Nanometer. Dies, weil das Streuvermögen je nach Wellenlänge des Lichtes stark variiert. Das Vermögen der Partikel, das Licht von seiner Bahn "abzubringen", ist beispielsweise bei kurzwelligem blauen Licht bedeutend grösser als bei rotem oder grünem Licht (deshalb erscheint unser Himmel blau!) .
Die verschiedenen Farben, aus denen unser weiss scheinendes Sonnenlicht besteht, lassen sich übrigens einfach erfahren: Schickt man Licht durch ein so genanntes Prisma, so "fächert" dieses die verschiedenen Lichtfarben für uns sichtbar auf. Oder der Regenbogen, auch er zeigt die Farben, aus denen unser Licht besteht.

• Ein Trend, ob das Lichtstreuvermögen langfristig zu- oder abnimmt, ist noch nicht mit Gewissheit festzustellen. Hierfür sind weitere Langzeitmessungen nötig.

Bedeutung: Das Wissen, wie gut ein Aerosolpartikel Licht streuen kann, ist wichtig für den "direkten Effekt" des Aerosols, das heisst, seine Fähigkeit, Sonnenlicht in den Weltraum zurückzustrahlen. Indem das Licht in den Weltraum zurückstrahlt, wird der Erde Energie entzogen, was tendenziell abkühlend auf die Erdoberfläche wirkt. Siehe auch "Warum Aerosolforschung".


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Licht-Absorption

Russpartikel können Lichtstrahlen "schlucken".

 

Planetare Grenzschicht

Wenn im Sommer die Planetare Grenzschicht am Nachmittag das Jungfraujoch erreicht, so beeinflusst dies auch den Absorptions-Koeffizienten. Dieser besagt, wie gut Russpartikel Licht "schlucken" kann.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Regenbogen

Unser "weisses" Sonnenlicht besteht im sichtbaren Bereich aus den Farben des Regenbogens.

 


Grundaussage
: Wie gut können Aerosolpartikel, insbesondere Russteilchen, Licht verschiedener Wellenlängen "schlucken".

Messinstrument: Aethalometer, siehe auch "Wie misst man Aerosole/Geräte".

Angaben zur Grafik:
• Die horizontale x-Achse der Grafik zeigt die Messperiode an. Sie reicht jeweils vom Moment der Grafikerstellung um den gewählten Zeitraum zurück. Wird beispielsweise eine Online-Messung am 1. August 2003 für die Periode von einem Jahr gewählt, dann erscheint auf der x-Achse die Messkurve vom 1.8.2002 bis 1.8.20
03.
• Die vertikale y-Achse der Grafik zeigt das Vermögen des Aerosolpartikels, unterschiedliche Lichtwellenlängen zu schlucken respektive zu absorbieren.
Der Lichtabsorptions-Koeffizient ba wird über das so genannte Lambert-Beer-Gesetz definiert, das besagt:
I = I0 exp (-ba·x), wobei
I0 der Lichtintesität entspricht, die in ein Luftvolumen eintritt. Nach dem Weg x beträgt die Lichtintesität auf Grund der Absorptionsverluste nurmehr I.

Interpretationshilfe:
• Bei der Messung des Lichtabsorptions-Koeffizienten spielen Russpartikel die Hauptrolle.

• Die Messungen zeigen im Sommer einen Tagesgang, da Russteilchen in der Luft zwar immer vorhanden sind, ihre Anzahl jedoch stark zunimmt, wenn Luftmassen der Planetaren Grenzschicht am Nachmittag das Jungfraujoch erreichen. Die Planetare Grenzschicht beinhaltet die Luft, welche an die Erdoberfläche angrenzt und von bodennahen Emissionen beeinflusst wird (s. Glossar). Dies ist insofern leicht erklärbar, als dass Russteilchen ja insbesondere durch unvollständige Verbrennungsprozesse entstehen, wie sie beispielsweise im Strassenverkehr (Dieselautos) gehäuft vorkommen. Im Winter hingegen sind fast keine Veränderungen im Lichtstreuvermögen abzulesen.

Absorptionskoeffizient-Tagesgang

Beispiele von je zwei Messtagen im Sommer (linkes Bild) und im Winter.

• Jahresmessungen des Absorptions-Koeffizienten zeichnen sich dadurch aus, dass das Absorptionsvermögen der Aerosolpartikel im Winter im Durchschnitt mehr als zehn Mal kleiner ist als im Sommer. Der Grund liegt wiederum in der Planetaren Grenzschicht (PG), die ja nur im Sommer gegen Nachmittag das Jungfraujoch erreicht.

Absorptions-Koeffizient-Jahresgang Ein Beispiel eines Jahresganges der Absorptions-Koeffizent-Messung.

• Der Lichtabsorptions-Koeffizient wird in sieben Licht-Wellenlängen von 370 bis 950 Nanometer gemessen, da die unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich gut absorbiert werden.
Die verschiedenen Farben im sichtbaren Bereich, aus denen unser weiss scheinendes Sonnenlicht besteht, lassen sich einfach erfahren: Schickt man Licht durch ein so genanntes Prisma, so "fächert" dieses die verschiedenen Lichtfarben – jene des Regenbogens – für uns auf.

• Ein Trend, ob das Absorptionsvermögen von Russpartikeln langfristig zu- oder abnimmt, ist noch nicht mit Gewissheit festzustellen. Hierfür sind weitere Langzeitmessungen nötig.

Bedeutung:
Ein hoher Lichtabsorptions-Koeffizient bedeutet, dass viel Licht absorbiert wird respektive dass viel Lichtenergie im Aerosol deponiert wird. Das Aerosolpartikel wirkt wärmend, was klimarelevant ist.

Weil Russpartikel besonders gut Licht absorbieren können, lässt sich aus dem Absorptions-Koeffizienten auch die Russpartikel-Konzentration berechnen. Je nach Menge der schädlichen Russteilchen besteht eine Gefahr für unsere Gesundheit, da diese Partikel sehr gut lungengängig sind. Siehe auch"Warum Aerosolforschung".

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Russkonzentration

Bei der Russkonzentration wird gemessen, wieviel Masse an Aerosolpartikeln es in
1 Kubikmeter Luft hat.

 

Planetare Grenzschicht

Wenn im Sommer die Planetare Grenzschicht am Nachmittag das Jungfraujoch erreicht, so beeinflusst dies auch den Absorptions-Koeffizienten. Dieser besagt, wie gut Russpartikel Licht "schlucken" können.

 


Grundaussage
: Masse der Russpartikel, in Nanogramm gemessen, die es in einem Kubikmeter Luft hat.

Messinstrument: Aethalometer, siehe auch "Wie misst man Aerosole/Geräte".

Angaben zur Grafik:
• Die horizontale x-Achse der Grafik zeigt die Messperiode an. Sie reicht jeweils vom Moment der Grafikerstellung um den gewählten Zeitraum zurück. Wird beispielsweise eine Online-Messung am 1. August 2003 für die Periode von einem Jahr gewählt, dann erscheint auf der x-Achse die Messkurve vom 1.8.2002 bis 1.8.2003.
• Die vertikale y-Achse der Grafik zeigt die gemessene Masse an Russpartikeln in Nanogramm pro Kubikmeter Luft an.

Interpretationshilfe:
• Die Russkonzentration wird aus dem Absorptions-Koeffizienten bei 880 Nanometer Wellenlänge abgeleitet. Dies ist möglich, weil bei dieser Wellenlänge fast nur Russpartikel Licht "schlucken" respektive absorbieren können.

• Die Messungen zeigen im Sommer einen mehr oder weniger ausgeprägten Tagesgang, da Russteilchen zwar immer vorhanden sind, ihre Anzahl jedoch zunimmt, wenn Luftmassen der Planetaren Grenzschicht das Jungfraujoch erreichen. Die Planetare Grenzschicht beinhaltet die Luft, welche an die Erdoberfläche angrenzt und von bodennahen Emmissionen beeinflusst wird (s. Glossar). Dies ist insofern leicht erklärbar, als dass Russteilchen ja insbesondere durch unvollständige Verbrennungsprozesse entstehen, wie sie beispielsweise im Strassenverkehr (Dieselautos) gehäuft vorkommen. Im Winter, wenn sich das Jungfraujoch in der freien Troposphäre befindet, schwanken die Werte im Mittel wenig.

Russkonzentration-Tagesgang
Beispiele von je zwei Messtagen im Sommer (linkes Bild) und im Winter.

• Jahresmessungen der Russkonzentration zeichnen sich dadurch aus, dass diese im Winter im Durchschnitt mehr als zehn Mal kleiner ist als im Sommer. Der Grund liegt wiederum in der Planetaren Grenzschicht (PG), die ja nur im Sommer das Jungfraujoch gegen Nachmittag erreicht und viele Russpartikel aus dem emissionsreichen Unterland mit sich trägt.

Russkonzentration-Jahresgang
Beispiel der Russkonzentrations-Messung während eines Jahres.

• Ein Trend, ob das Absorptionsvermögen von Russpartikeln langfristig zu- oder abnimmt, ist noch nicht mit Gewissheit festzustellen. Hierfür sind weitere Langzeitmessungen nötig.

Bedeutung:
Je nach Menge der schädlichen Russteilchen besteht eine Gefahr für unsere Gesundheit, da diese Partikel sehr gut lungengängig sind. Siehe auch "Warum Aerosolforschung".


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