Airborne ion trap CIMS using SF5- reagent ions: Atmospheric trace gas detection in the tropopause region and in aircraft exhaust plumes

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung schwefelhaltiger Luftmassen in der Tropopausenregion. Ein flugzeuggetragenes Ionenfallen Massenspektrometer (ITCIMS) wurde erstmalig mit einer SF5- Ionenquelle ausgestattet zum Nachweis von SO2, HCl, HNO3 und HONO. Diese neuartige Kombination wurde im Labor untersucht und während der CONCERT (CONtrail and Cirrus ExpeRimenT) Kampagne auf dem Forschungsflugzeug Falcon eingesetzt. Messungen im Oktober 2008 in der unteren Stratosphäre wiesen großräumige SO2 Erhöhungen (bis zu 510 pptv) auf, die auf die Vulkaneruption des Mt. Kasatochi (Aleuten) im August 2008 zurückzuführen sind. Korrelationsanalysen zeigen eine Erhöhung der Molfraktionsverhältnisse HCl/O3 und HNO3/NOy von 19 % und HNO3/O3 von 50 % in der SO2-Schicht. Es wurde eine Obergrenze von 60 Tagen für die Lebensdauer von SO2 in der unteren Stratosphäre nördlicher Breiten bestimmt. Neben natürlichen Schwefelquellen wurde auch der Eintrag von anthropogenen Schwefel- und Stickoxidverbindungen durch den Luftverkehr untersucht. SO2 und HONO wurden in jungen Abgasfahnen von zehn kommerziellen Flugzeugen gemessen und erstmals durch Laborkalibrierungen von HONO unterstützt. Über das gemessene Molfraktionsverhältnis HONO/NO von 0.042 +- 0.010 konnte indirekt eine effektive Konversionseffizienz des Treibstoffschwefels zu Schwefelsäure bestimmt werden, die mit früheren Messungen gut übereinstimmt