Lidar Observations of Record-breaking Stratospheric Wildfire Smoke Events in 2019-2021: Siberian Smoke over the Central Arctic and Australian Smoke over South America

• Main Author: Ohneiser, Kevin
• Other Authors: Universität Leipzig
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2022
• Subjects: Smoke; Stratosphere; Lidar; info:eu-repo/classification/ddc/530; ddc:530; Arctic; Mengen; Arktis; Arktis*; Nordpol*
• Online Access: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-850525; https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A85052; https://ul.qucosa.de/api/qucosa%3A85052/attachment/ATT-0/

Enorme Mengen an Waldbrandrauch von außerordentlich starken und unkontrollierbaren Waldbränden in Kanada (2017), Sibirien (2019) und Australien (2019-2020) gelangten in den letzten Jahren in die Stratosphäre. Die Auswirkungen des Rauchs auf das Klimasystem der Erde wurden von vielen Forschungsgruppen untersucht. Mithilfe von Polarisations-Raman-Lidarmessungen wurden im Rahmen dieser Arbeit die optischen Eigenschaften des Rauchs vermessen und einige Aspekte der Auswirkungen auf das Klimasystem untersucht. Der sibirische Rauch verteilte sich über der gesamten Arktis und wurde fast ein Jahr lang während der MOSAiC-Kampagne mit einem Lidar auf dem deutschen Eisbrecher Polarstern in der Nordpolregion beobachtet. Dabei wurde eine 10km dicke Aerosolschicht (etwa zwischen 8 und 18km Höhe) in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) detektiert. Die Schicht zeigte eindeutige Eigenschaften von Waldbrandrauch. Die Lidarverhältnisse lagen bei 55 sr (355nm Wellenlänge) und 85 sr (532nm Wellenlänge) und die optische Dicke des Aerosols (AOT) erreichte Werte bis zu 0,1 im Herbst 2019. Waldbrandrauch erreicht die Stratosphäre normalerweise nur im Zusammenhang mit Pyrokumulonimbus-Konvektion (pyroCb). Der sibirische Waldbrandrauch gelangte allerdings ohne die Hilfe von pyroCbs in die Stratosphäre, vermutlich durch sogenannte Selbsthebung, wie in der Arbeit ausgeführt wird. Demnach steigt der Rauch innerhalb von 3-7 Tagen bis zur Tropopause und in die untere Stratosphäre auf. Die Hypothese wird unterstützt durch CALIOP-Beobachtungen und ECRAD-Modellsimulationen. Während der Hauptphase der großen australischen Feuer (zwischen dem 29. Dezember 2019 und dem 4. Januar 2020) entstanden etwa 40 pyroCbs über den ausgedehnten Feuerflächen. Nie zuvor war eine derart hohe Anzahl von pyroCbs beobachtet worden. Sie verursachten eine stratosphärische Verschmutzung mit Rauch, wie sie nie zuvor beobachtet worden war. Der australische Rauch verteilte sich über der gesamten Südhemisphäre und wurde während der DACAPO-PESO-Kampagne in ...