Biogene flüchtige organische Verbindungen und deren Einfluss auf die SOA Bildung

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs) sind allgegenwärtig, vielfältig und werden in der Atmosphäre sehr schnell oxidiert. BVOCs werden in großen Mengen durch Pflanzen, insbesondere Bäume, emittiert. Zu den BVOCs gehören Isopren, eine Vielzahl an Monoterpenen, Sesquiterpenen und sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen (z.B. Methanol). Infolge ihrer schnellen Oxidation durch Ozon, OH- und NO₃-Radikale beeinflussen sie die chemische Zusammensetzung der Troposphäre. Die Oxidation der BVOCs verringert deren Flüchtigkeit, wodurch sie in der Lage sind auf bereits bestehende Partikel zu kondensieren oder neue Partikel zu bilden. Partikelneubildung und Kondensation führen zur Bildung von sekundärem organischen Aerosol (SOA). BVOCs nehmen demnach eine Schlüsselfunktion in Bezug auf Partikelwachstum und Bildung in der atmosphärischen Grenzschicht ein, wodurch sie maßgeblich die Partikelanzahl- und Partikelgrößenverteilung beeinflussen. Diese wirken sich nicht nur auf die Strahlung, sondern auch auf die Wolken- und Regenbildungsprozesse aus, denn für Wolkenkondensationskeime (CCNs) müssen Partikel eine bestimmte Größenordnung erreichen. Aber nicht nur die Größe, sondern auch die chemische Zusammensetzung ist entscheidend.

Sowohl die Emissionsstärke als auch Zusammensetzung der durch Pflanzen emittierten BVOCs ist artspezifisch, sodass die Auswirkungen auf die chemische Zusammensetzung der Troposphäre divers sind. Es gibt zahlreiche Faktoren, welche die BVOC-Emissionen beeinflussen und in Modellen berücksichtigt werden müssen, unter anderem die Meteorologie (strahlungs- & temperaturabhängig), der Emissionsalgorithmus an sich und die verwendete Landnutzung. Die chemische Umwandlung und die SOA-Bildung hängen hingegen von dem verwendeten Mechanismus, welcher die chemischen Reaktionen in der Atmosphäre beschreibt und dem SOA-Modul ab.

Hier wird der Einfluss der Landnutzung und des Chemiemechanismus, inklusive SOA Modul, auf die SOA-Konzentration und Zusammensetzung vorgestellt. Es wurden Simulationen mit zwei Landnutzungsdatensätzen und Chemiemechanismen durchgeführt. Einer der Landnutzungsdatensätze enthält Information über 10 verallgemeinerte Landnutzungsklassen wie Misch- und Nadelwald während der andere Datensatz Information über 116 Baumarten und 22 weitere Landnutzungsklassen enthält. Es wird gezeigt, dass die Verwendung von verallgemeinerten Landnutzungsklassen zu einer Überschätzung der BVOC-Emissionen für Deutschland führen (50%), was regional zu 60% höheren SOA Konzentrationen in der bodennahen Modellschicht führt. Für die Analyse der chemischen Vorgänge wurde ein neuer Chemiemechanismus URMELL (Urban & Remote chemistry ModELLing) entwickelt, welcher auf MOZART basiert, aber sowohl hinsichtlich anthropogener als auch biogener Substanzen deutlich verbessert wurde und eine direkte SOA-Bildung berücksichtigt. Dadurch können die einzelnen Reaktionspfade direkt nachvollzogen, Quellen identifiziert und genauere Informationen über die SOA Zusammensetzung geliefert werden. Als Vergleich dient der bisher verwendete Mechanismus RACM und ein auf dem 2-Produkt-Ansatz basierendes SOA Modul.