Simulating short lived carbonaceous compounds with an atmospheric chemistry general circulation model

Ein neu entwickeltes globales Atmosphärenchemie- und Zirkulationsmodell (ECHAM5/MESSy1) wurde verwendet um die Chemie und den Transport von Ozonvorläufersubstanzen zu untersuchen, mit dem Schwerpunkt auf Nichtmethankohlenwasserstoffen. Zu diesem Zweck wurde das Modell durch den Vergleich der Ergebnisse mit Messungen verschiedenen Ursprungs umfangreich evaluiert. Die Analyse zeigt, daß das Modell die Verteilung von Ozon realistisch vorhersagt, und zwar sowohl die Menge als auch den Jahresgang. An der Tropopause gibt das Modell den Austausch zwischen Stratosphäre und Troposphäre ohne vorgeschriebene Flüsse oder Konzentrationen richtig wieder. Das Modell simuliert die Ozonvorläufersubstanzen mit verschiedener Qualität im Vergleich zu den Messungen. Obwohl die Alkane vom Modell gut wiedergeben werden, ergibt sich einige Abweichungen für die Alkene. Von den oxidierten Substanzen wird Formaldehyd (HCHO) richtig wiedergegeben, während die Korrelationen zwischen Beobachtungen und Modellergebnissen für Methanol (CH3OH) und Aceton (CH3COCH3) weitaus schlechter ausfallen. Um die Qualität des Modells im Bezug auf oxidierte Substanzen zu verbessern, wurden einige Sensitivitätsstudien durchgeführt. Diese Substanzen werden durch Emissionen/Deposition von/in den Ozean beeinflußt, und die Kenntnis über den Gasaustausch mit dem Ozean ist mit großen Unsicherheiten behaftet. Um die Ergebnisse des Modells ECHAM5/MESSy1 zu verbessern wurde das neue Submodell AIRSEA entwickelt und in die MESSy-Struktur integriert. Dieses Submodell berücksichtigt den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre einschließlich der oxidierten Substanzen. AIRSEA, welches Informationen über die Flüssigphasenkonzentration des Gases im Oberflächenwasser des Ozeans benötigt wurde ausgiebig getestet. Die Anwendung des neuen Submodells verbessert geringfügig die Modellergebnisse für Aceton und Methanol, obwohl die Verwendung einer vorgeschriebenen Flüssigphasenkonzentration stark den Erfolg der Methode einschränkt, da Meßergebnisse nicht in ausreichendem Maße zu Verfügung stehen. Diese Arbeit vermittelt neue Einsichten über organische Substanzen. Sie stellt die Wichtigkeit der Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre für die Budgets vieler Gase heraus.A newly developed atmospheric chemistry general circulation model (ECHAM5/MESSy1) has been used to study the chemistry and transport of ozone precursors, with particular focus on non-methane hydrocarbons and oxidation products. For this purpose the model has been extensively evaluated using observations from different data sources. This analysis indicates that the model realistically predicts the distribution of ozone, both the abundance and the seasonal cycle. At the tropopause the model accurately simulates stratosphere-troposphere exchange without prescribed fluxes or concentrations. The model simulates the ozone related precursors with different degrees of correlation with observations. While alkanes are well reproduced, some discrepancies are present for alkenes. For oxygenated compounds, the model accurately reproduces formaldehyde (HCHO), while the correlation between observations and model results for methanol (CH3OH) and acetone (CH3COCH3) are much lower. To increase the ability of the model ECHAM5/MESSy1 to simulate oxygenated compounds, some sensitivity studies have been conducted. These species are influenced by oceanic emission/deposition, and the gas exchange of these gases is associated with relative large uncertainties. To improve the simulation results of ECHAM5/MESSy1the new submodel AIRSEA has been developed within the MESSy framework. This submodel takes into account ocean-atmosphere gas exchange including oxygenated organic compounds. AIRSEA, which requires knowledge of the liquid phase concentration of the gases in the ocean near the surface, has been extensively tested. The application of the new submodel improves somewhat the representation of acetone and methanol, although the use of a prescribed liquid phase concentration largely limits the success of this approach due to the lack of observations. This work revealed new insights about organic compounds. It highlights the importance of the coupling between the ocean and the atmosphere for the budgets of many gases