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Modellrechnungen

Vorgänge in der Atmosphäre sind oft so komplex, dass sie nicht durch einfache, in Laboruntersuchungen gewonnenen Parameterisierungen direkt beschrieben werden können. Beispielhaft sei hier die Ozonbildung im „Sommersmog“ zu nennen. Will man dieses Phänomen vorhersagen, sind Wechselwirkungen einer großen Zahl an chemischen, physikalischen und meteorlogischen Prozessen zu berücksichtigen. Computersimulationen sind dafür ein wichtiges Hilfsmittel und können Informationsgrundlagen für umweltpolitische Entscheidungen liefern.

Bei den Modellrechnungen unterscheidet man hier zwischen sogenannten „Boxmodellen“ und „Transport­modellen“ (1D, 3D), um auf verschiedene Fragestellungen der Atmosphärenchemie einzugehen. An der Physikalischen Chemie in Wuppertal werden seit mehreren Jahren Boxmodellrechnungen mit dem z. Zt. umfangreichsten chemischen Modell, dem sogenannten „Master Chemical Mechanism“ (MCM), durchgeführt, welcher ca. 15.000 chemische Reaktionen berücksichtigt. Diese Rechnungen dienen zur Interpretation von komplexen Labormessungen, z.B. in großen Simulationskammern, aber auch von Feldmessungen. Hier wurden z.B. für zwei Feldmessungen in Santiago de Chile die Konzentrationen von Radikalen und anderen Spurenstoffen, welche bei den Kampagnen nicht direkt gemessen wurden, mit Hilfe von Modellrechnungen ermittelt. Mit Hilfe dieser Daten konnten dann Spurenstoffflüsse berechnet werden und z.B. gezeigt werden, dass 90 % aller Schadstoffe in Santiago über die Chemie des OH-Radikals abgebaut werden. Ein weiteres, unerwartetes Ergebnisse dieser Studie war, dass ca. 50 % aller OH-Radikale über die Photolyse von salpetriger Säure (HONO) gebildet wurden. Grundlage waren hier empfindliche Messungen von HONO mit dem in der Physikalischen Chemie entwickelten, weltweit empfindlichsten Messgerät (s. Methodenentwicklung).

Studie in Santiago de Chile
Modellierte Radikalflüsse für die Messkampagne in Santiago de Chile