Entwicklung und Erprobung eines Relaxed Eddy Accumulation (REA)-Systems zur Bestimmung vertikaler Flüsse von salpetriger Säure (HONO)
Analytische Chemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurde ein REA („Relaxed Eddy Accumulation“)-System zur Quantifizierung vertikaler Flüsse salpetriger Säure (HONO) entwickelt und erprobt. Das System basiert auf einem Dreikanal-LOPAP-Messgerät, bei dem zwei separate Kanäle für die aufsteigenden und abfallenden Luftmassen und ein dritter für die Interferenzkorrektur verwendet werden. Das Gerät ist mit einen REA-Gaseinlasssystem gekoppelt, bei dem mit Hilfe eines Ultraschall-Anemometers zwei schnelle Magnetventile geschaltet werden und dadurch die beiden LOPAP-Messkanäle je nach Richtung des Vertikalwindes separat beprobt werden. Es wurde für die Datenerfassung der Winddaten und die Steuerung der beiden Ventile eine Software (PyREA) in der Programmsprache „Python“ entwickelt und auf einem kompakten Einplatinencomputer (Raspberry Pi) betrieben. Mit der Software können automatische Messzyklen angesteuert werden, bei denen sich REA-, Nullluft- und Nullgradientenmessungen regelmäßig abwechseln. Zudem wird mit der Software nach jeder Nullgradientenmessung die Zuordnung der Luftmassen zu den LOPAP-Messkanälen umgedreht, um Interferenzen sowohl für aufsteigende als auch für abfallende Luftmassen zu korrigieren. Hier konnten im Rahmen der durchgeführten Messungen nur geringe Unterschiede bestimmt werden und größere Fehler durch die Verwendung nur eines Interferenzkanals ausgeschlossen werden. In Labormessungen ergab sich eine hohe Präzision der beiden Messkanäle und es wurde die Unabhängigkeit der um die Verdünnung korrigierten HONO-Konzentrationen von den Ventilschaltzeiten demonstriert. Wegen Verzögerungen durch verschiedene technische Probleme wurde das neue REA-Messsystem entgegen der ursprünglichen Projektplanung nur in einer Feldmesskampagne an der Messstation des TROPOS Instituts in Melpitz getestet. Die ursprünglich geplanten Messungen in Grignon/Frankreich konnten dagegen wegen der Reisebeschränkungen durch Corona nicht durchgeführt werden. Bei den Messungen in Melpitz konnten HONO-Flüsse im Bereich von -4·10^-13 m^-2 s^-1 (Deposition) bis +1.0·10^14 m^-2 s^-1 (Emission) bestimmt werden. Es ergab sich ein typischer Tagesgang mit geringen, teilweise negativen Flüssen in der Nacht und größeren, positiven Flüssen gegen Mittag. Nach einer Regenperiode zeigten sich kontinuierlich steigende HONO-Emissionen am Tag, was mit dem Abtrocknen der Böden erklärt wurde. Wie schon in anderen Kampagnen ergab sich die höchste Korrelation der HONO-Flüsse mit dem Produkt J(NO2)·[NO2], was auf eine HONO-Bildung durch die photosensibilisierte Umwandlung von NO2 an organischen Oberflächen – wie z.B. Huminstoffen – hindeutet. Andere postulierte Bildungsmechanismen wurden in der Arbeit diskutiert, aber als eher unwahrscheinlich eingestuft. Nach erfolgreicher Entwicklung und Erprobung soll das REA-System in Zukunft bei der Quantifizierung und Aufklärung von atmosphärischen Quellen und Senken von HONO eingesetzt werden.
