german meteorological service - · pdf filegaw workshop 5th­7th may 2009 german...

14
GAW Workshop 5th7th May 2009 Measurements of reactive nitrogen compounds in GAW status and further needs Stefan Gilge, Christian PlassDuelmer, Wolfgang Fricke German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 1

Upload: phamhuong

Post on 08-Feb-2018

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

Measurements of reactive nitrogen compounds in GAW status and further needs 

Stefan Gilge, Christian Plass­Duelmer, Wolfgang Fricke 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

1

Page 2: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

Outline: §  Introduction / Definitions 

§  Motivation / Examples for use of nitrogen oxide data 

§  Data Availability 

§  Measurement Techniques 

§  Present status 

§  Future Needs 

2

Page 3: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

Short Definition: 

NOy 

NOz 

NOx

Page 4: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

tropospheric ozone 

production 

impact on oxidation capacity of troposphere 

model validation 

gas to particle conversion 

acid rain formation 

scientific 

control of NOx 

emission reduction (prescriptive limits) 

ozone mitigation strategies 

NOx as tracer (key component)

for anthropogenic emission

acidification eutrophication human health

quantification of potential background concentrations

for evaluation of prescriptive limits 

political 

Motives for Nitrogen Oxides Measurement Motivation for Nitrogen Oxides Measurement

limit values 

( limit values )

Page 5: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

Examples for use of NOx data (I) 

50 

100 

150 

200 

250 

300 

1981 

1982 

1983 

1984 

1985 

1986 

1987 

1988 

1989 

1990 

1991 

1992 

1993 

1994 

1995 

1996 

1997 

1998 

1999 

2000 

2001 

2002 

2003 

2004 

2005 

2006 

2007 

2008 

2009 

NO2 rel. de

viation [%

50 

100 

150 

200 

250 

300 Ähtäri 

Burgas 

Fundata 

Hohe Warte 

MOHp 

Jarczew 

Jungf raujoch 

Kamenicki V is 

Kosetice 

K­puszta 

Leba 

Oulanka 

Plovdiv 

Pleven 

Rucava 

Sniezka 

Sof ia 

Schauinsland 

Uto 

V irolahti 

Varna 

Zabljak 

Zoseni 

mean all stat. 

median all stat. 

NO 2 : relative deviations from the mean annual variation 1981­2008

Page 6: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

Examples for use of NOx data (II) 

Model Validation:

⇒ To improve model calculations, a full data set ....  of related trace gases must be compared.

⇒ NOx data are essential to improve ozone .....prediction models. 

Source: GEMS, Flentje, privat comm.

Page 7: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

Examples for use of NOx data (III) 

• Influence on the tropospheric oxidation capacity 

0.E+00 

1.E+11 

2.E+11 

3.E+11 

4.E+11 

5.E+11 

6.E+11 

0.1  1  10  100 

NOx, ppb 

OH/j(O1D

), 1/cm

³/s 

OH optimum at 1­2 ppb NOx 

0.0 

0.5 

1.0 

1.5 

2.0 

2.5 

3.0 

3.5 

4.0 

Jan  Feb  Mar  Apr  May  Jun  Jul  Aug  Sep  Oct  Nov  Dec  Jan 

NO2 [ppb

Annual variation of NO 2 at MOHp 

⇒ chemical regime at MOHp ­ optimum for self cleaning

Page 8: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

Data availability : (at WDCGG) 

NO:  NO 2 :  NO y : 

8

Page 9: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

Nitrogen Oxides Measurement Techniques 

passive  active 

in situ integrating 

remote sensing 

integrating 

• impregnated filter, ion chromat. 

• Satellite applications ...(e.g. GOME) 

• Brewer 

• MAxDOAS 

• O 3 – CLD (PLC/BLC) • O 3 ­ CLD (Mo) • Luminol ­ CLD • DOAS • TDLAS • cavity ring down 

• Saltzman 

• Sodium ..Iodide 

column density  profile 

weekly  daily ≤ hourly 

9

Page 10: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

The intercomparisons have shown good agreement between different monitors (using different standard gases) and even between different measuring techniques: • NO 2 ­ measurements are principally reliable (issues with Mo) • it is possible to use existing data from different techniques (after careful QA/QC) for world wide monitoring of NO 2 

• free choice of monitoring method according to objectives and resources 

10 

y = 0.8323x + 0.7686 R 2 = 0.8076 

10 

12 

14 

16 

18 

20 

0  2  4  6  8  10  12  14  16  18  20 

NO 2 Chemiluminescence (µg/m³) 

NO

2 Pa

ssive Sa

mpling (µg/m³) 

NO 2 : Comparison CLD and Passive Sampling at MOHp,   Jan. '00 ­ Dec. '03  NO 2 ­Intercomparison: NaI versus PLC/CLD at MOHp 

y = 0.8406x + 0.5535 R 2 = 0.9342 

10 

12 

14 

16 

0  2  4  6  8  10  12  14  16 

NO2 (PLC/CLD) [µg/m³] 

NO

2 (NaI) [µg

/m³] 

chemiluminescence  chemiluminescence 

passive sampling 

sodium

 iodide

Page 11: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

Current Situation: • some data from mostly European sites originating from different .:measuring methods,which in principle match • some informal intercomparisons • training courses on nitrogen oxides in GAWTEC • WDCGG • responsibility: SAG for Reactive Gases 

11 

But • no direct (Sub­)SAG for nitrogen oxides • no QA / SAC • no DQO : no precision and accuracy or data completeness goals • no SOP‘s • no CCL  /  no primary standard • no WCC

Page 12: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

12 

Citations GAW Report 172 and 143: 

• …Their (Nitrogen Oxides) measurement in the global atmosphere is ..very important since NO has a large influence on both ozone and on ..the hydroxyl radical. 

•… the satellite community who require extensive NO2 measurements ..for validation purposes. 

• Nitrogen oxides play a crucial role…. 

• … contribute to acid precipitation 

• … the need for knowledge of the abundance of these compounds is ..unquestioned …

Page 13: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

13 

Future needs: •  Appointment of a Sub­SAG for Nitrogen Oxides 

•  Setup of DQO‘s and SOP‘s for nitrogen oxides (NO, NO 2 , NO y ) 

•  Implementation of NO, NO 2 and NO y measurements at more GAW sites 

•  Intercomparison experiments to ensure comparability of different measurement methods (CLD, NaI, …) 

•  Implementation of CCL and WCC 

•  Implementation of PAN, HNO 3 , NO 3 ­, HNO 2 and other important NO y species at several GAW stations 

Details should be discussed at an upcoming workshop on NO x at Hohenpeissenberg Observatory in autumn 2009 

(Interested persons please contact me!)

Page 14: German Meteorological Service -   · PDF fileGAW Workshop 5th­7th May 2009 German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory Outline:

GAW Workshop         5th­7th  May  2009 

German Meteorological Service Hohenpeissenberg Meteorological Observatory 

Thank You 

for Your Attention ! 

Photo: Claudia Hinz 

14