OH- und HO 2-Radikale über dem tropischen Regenwald

Beständig werden Spurenstoffe in die Atmosphäre emittiert, die ihren Ursprung in biogenen oder anthropogenen Quellen haben. Daß es dennoch im allgemeinen nicht zu einer Anreicherung bis hin zu toxischen Konzentrationen kommt, liegt an dem Vermögen der Atmosphäre sich durch Oxidationsprozesse selbst zu reinigen. Eine wichtige Aufgabe kommt dabei dem Hydroxylradikal OH zu, welches tagsüber die Oxidationskapazität der Atmosphäre bestimmt. Hierbei spielen die tropischen Regionen mit einer der höchsten OH-Produktionsraten eine zentrale Rolle. Gleichzeitig sind die tropischen Regenwälder eine bedeutende globale Quelle für Kohlenwasserstoffe, die durch Reaktion mit OH-Radikalen dessen Konzentration und damit die Oxidationskapazität der Atmosphäre herabsetzen. Während der GABRIEL-Meßkampagne 2005 im äquatorialen Südamerika wurde der Einfluß der Regenwaldemissionen auf das HOx-Budget (HOx = OH+HO2) untersucht. Zu diesem Zweck wurde das Radikalmeßinstrument HORUS entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden unterschiedliche Komponenten des Gerätes optimiert, der Meßaufbau ins Flugzeug integriert und Methoden zur Kalibrierung entwickelt. Bei der internationalen Vergleichskampagne HOxComp2005 zeigte HORUS seine Eignung zur Messung von troposphärischen OH- und HO2-Radikalen.rnrnDie durchgeführten HOx-Messungen während der GABRIEL-Meßkampagne sind die ersten ihrer Art, die über einem tropischen Regenwald stattgefunden haben. Im Gegensatz zu den Vorhersagen globaler Modelle wurden unerwartet hohe OH- und HO2-Konzentrationen in der planetaren Grenzschicht des tropischen Regenwalds beobachtet. Der Vergleich der berechneten OH-Produktions- und Verlustraten, die aus dem umfangreichen Datensatz von GABRIEL ermittelt wurden, zeigte, daß hierbei eine wichtige OH-Quelle unberücksichtigt blieb. Mit Hilfe des Boxmodells MECCA, in welchem die gemessenen Daten als Randbedingungen in die Simulationen eingingen, wurden die modellierten OH- und HO2- Konzentrationen im Gleichgewichtszustand den beobachteten Konzentrationen gegenübergestellt. Luftmassen der freien Troposphäre und der maritimen Grenzschicht zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Modell. Über dem tropischen Regenwald jedoch wurden die beobachteten HOx-Konzentrationen in der planetaren Grenzschicht durch das Modell, vor allem am Nachmittag, signifikant unterschätzt. Dabei lag die Diskrepanz zwischen den beobachteten und simulierten Konzentrationen bei einem mittleren Wert von OHobs/OHmod = 12.2 ± 3.5 und HO2obs/HO2mod = 4.1 ± 1.4. Die Abweichung zwischen Messung und Modell korrelieren hierbei mit der Isoprenkonzentration. Während für niedrige Isoprenmischungsverhältnisse, wie sie über dem Ozean oder in Höhen > 3 km vorherrschten, die Beobachtungen mit den Simulationen innerhalb eines Faktors 1.6±0.7 übereinstimmten, nahm die Unterschätzung durch das Modell für steigende Isoprenmischungsverhältnisse > 200 pptV über dem tropischen Regenwald zu.rnrnDer kondensierte chemische Mechanismus von MECCA wurde mit der ausführlichen Isoprenchemie des ”Master Chemical Mechanism“ überprüft, welches vergleichbare HOx-Konzentrationen lieferte. OH-Simulationen, durchgeführt mit der gemessenen HO2-Konzentration als zusätzliche Randbedingung, zeigten, daß die Konversion zwischen HO2 und OH innerhalb des Modells nicht ausreichend ist. Durch Vernachlässigung der gesamten Isoprenchemie konnte dagegen eine Übereinstimmung zwischen Modell und Messung erreicht werden. Eine OH-Quelle in der gleichen Größenordnung wie die OH-Senke durch Isopren, ist somit zur Beschreibung der beobachteten OH-Konzentration notwendig. Reaktionsmechanismen, die innerhalb der Isoprenchemie die gleiche Anzahl an OH-Radikalen erzeugen wie sie verbrauchen, könnten eine mögliche Ursache sein. Unterschiedliche zusätzliche Reaktionen wurden in die Isoprenabbaumechanismen des Modells implementiert, die zur Erhöhung der OH-Quellstärke führen sollten. Diese bewirkten eine Zunahme der simulierten HO2-Konzentrationen um einen maximalen Faktor von 5 für OH und 2 für HO2. Es wird eine OH-Zyklierungswahrscheinlichkeit r von bis zu 94% gefordert, wie sie für die GABRIEL-Messungen erreicht wurde. Die geringe OH-Zyklierungswahrscheinlichkeit von 38% des Modells zeigte, daß wichtige Zyklierungsvorgänge im chemischen Mechanismus bislang nicht berücksichtigt werden. Zusätzliche Zyklierungsreaktionen innerhalb des Isoprenmechanismus, die auch unter niedrigen NO-Konzentrationen zur Rückbildung von OHRadikalen führen, könnten eine Erklärung für die über dem Regenwald beobachteten hohen OH-Konzentration liefern.rn

Räumliche und jahreszeitliche Verteilung von OH- und HO 2-Radikalen in der Troposphäre über Europa

Durch geologische Prozesse freigesetzte sowie biogen und anthropogen emittierte Gase werden hauptsächlich von der untersten Atmosphärenschicht, der Troposphäre, aufgenommen und abgebaut. Durch in die Troposphä¬re einfallende solare Strahlung wird ein Abbau des Großteils der emittierten Spurengase durch reaktive Radikale initiiert. Der wichtigste Vertreter dieser reaktiven Radikale in der Troposphäre ist das Hydroxylradikal (OH-Radikal), welches im schnellen Gleichgewicht mit Hydroperoxyradikalen (HO2-Radikal) vorliegt, sodass die Summe aus OH- und HO2-Radikalen oft als HOx zusammengefasst wird. HOx-Radikale bilden tagsüber den Hauptteil der Oxidationskapazität der Troposphäre und sind somit verantwortlich für den oxidativen Abbau vieler, auch chemisch und photolytisch stabiler, Spurengase. Daher wird die Oxidationskapazität als Selbstreinigungskraft der Troposphäre verstanden. rnIm Rahmen meiner Arbeit wurde die wissenschaftliche Fragestellung auf die Oxidationskapazität der Troposphäre über Europa fokussiert. Die Höhen- und Breitenverteilung der OH- und HO2-Mischungsverhältnisse und ihre jahreszeitliche Variation wurde während der flugzeuggestützten HOOVER-Kampagnen (HOOVER 1 & 2) charakterisiert, wobei ein Fokus auf der oberen Troposphäre lag. Es wird gezeigt, welchen Einfluss die einfallende Strahlung, die Variation von HOx-Vorläufersubstanzen (wie z. B. Ozon) und die Variation von Substanzen, die das HOx-Gleichgewicht beeinflussen (z. B. Stickstoffmonoxid), auf das HOx-Budget haben. rnEs wird beispielhaft für den Höhenbereich zwischen 8 und 9.5 km gezeigt, dass die Oxidationskapazität in der oberen Troposphäre des Sommers im Ver¬gleich zu der des Herbstes aufgrund von einer verstärkten HO2-Zyklierung im Mittel deutlich erhöht ist (500 %). rnDurch konvektiven Transport werden im Sommer im Gegensatz zum Herbst regelmäßig Luftmassen aus der planetaren Grenzschicht in die obere Troposphäre eingemischt. Daher wurden der konvektive Luftmassentransport und der Einfluss der eingemischten Spurengase auf die Oxidationskapazität der oberen Troposphäre anhand eines konvektiven Elements über Südostdeutschland untersucht. Wie in dieser Arbeit berichtet wird, wurden in den Luftmassen der Ausströmregion mit bis zu 3.5 pmol/mol (Maximum 10 s-Mittelwert) sehr hohe OH-Mischungsverhältnisse gefunden, die aus der HO2-Konversion mit NO gebildet wurden. Das modellierte HOx-Budget zeigt, dass die HOx-Chemie - unter den beobachteten Bedingungen in der Ausströmregion - durch HOx-Zyklierungsreaktionen beherrscht wird. rnDie gemessenen OH-Mischungsverhältnisse in der Ausströmregion liegen etwa um einen Faktor fünf höher, als die während dieses Fluges in der konvektiv unbeeinflussten oberen Troposphäre gemessenen OH-Mischungsverhältnisse. Am Beispiel der NO2- und CH4-Lebensdauer wird ein schnellerer Abbau von Spurengasen aufgrund der erhöhten Oxidationskapazität nachgewiesen. Aus der NO2-Lebensdauer wird abgeschätzt, wie lange die Oxidationskapazität aufgrund des konvektiven Transports von NOx in den Luftmassen des Ausströmgebietes erhöht ist.rnDie während den Kampagnen durchgeführten Messungen wurden genutzt, um Modellberechnungen des vertikalen HOx-Budgets (über Südschweden) und des meridionalen HOx-Budgets zwischen Nordeuropa und Korsika durchzuführen. Es wurde gezeigt, dass das Modell die OH- und HO2-Mischungsverhältnisse im Allgemeinen gut reproduziert (Modell/Messung: OH im Sommer 94 %, HO2 im Sommer 93 % im Herbst 95 %), wohingegen die vergleichsweise kleinen OH-Mischungsverhältnisse im Herbst aufgrund von einer überschätzten H2O2 abhängigen OH-Produktion stark überschätzt wurden (Modell/Messung: 147 %). rnZur Charakterisierung der Oxidationskapazität innerhalb der planetaren Grenzschicht wurden die DOMINO-Kampagnen durchgeführt. Dabei wurde die Zusammensetzung unterschiedlicher Luftmassen untersucht, die aus verschiedenen Herkunftsorten zum Messort transportiert wurden und aufgrund ihres Ursprungs kaum prozessierte bis prozessierte anthropogen emittierte Spurengase enthielten. Zusätzlich enthielt ein Teil der Luftmassen biogen emittierte Spurengase. Komplementäre Messungen ermöglichen die Berechnung der totalen OH-Produktion und den Vergleich mit den bekannten OH-Quellen. Der Vergleich zeigt, dass offenbar wichtige OH-Produktionskanäle durch die gemessenen Spurengase oder die durchgeführten Berechnungen nicht abgebildet werden. Es wird gezeigt, dass die Stärke der unbekannten OH-Quellen, vor allem unter niedrigen NO-Bedingungen, groß ist und mit den Isopren-, RO2- und HO2-Mischungsverhältnissen korreliert.rn

Kinetische Studien zur OH-Bildung über die Reaktionen von HO 2 mit organischen Peroxyradikalen

Es wurde untersucht, wie sich das Substitutionsmuster organischer Peroxyradikale (RO2) auf die Ratenkonstante k1 und die Verzweigungsverhältnisse α, β und γ der Reaktionen von RO2 mit HO2 auswirkt. Die Effekte der Deuterierung von HO2 wurden ebenfalls studiert. Für zwei RO2 wurde zusätzlich das UV-Absorptionsspektrum bestimmt.rnrn αrnRO2 + HO2 → RO + OH + O2 R1arnrn βrn → RO2H + O2 R1brnrn γrn → ROH + O3 R1crnrnIn dieser Arbeit wurde ein neues Experiment aufgebaut. Für die direkte und zeitaufgelöste Messung der OH-Konzentration wurde das Verfahren der Laser-induzierten Fluoreszenz angewendet. Die Radikalerzeugung erfolgte mittels gepulster Laserphotolyse, wodurch unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden konnten. Mittels transienter Absorptionsspektroskopie konnten die Menge der photolytisch erzeugten Radikale bestimmt und die Ozonbildung über R1c quantifiziert werden. Für die Auswertung wurden kinetische Modelle numerisch an die Messdaten angepasst. Um die experimentellen Unsicherheiten abzuschätzen, wurde ein Monte-Carlo-Ansatz gewählt.rnrnk1 und α reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen des RO2-Substitutionsmusters. Während sich eine OH-Bildung für das unsubstituierte C2H5O2 (EtP) mit α EtP ≤ 5 % nicht nachweisen lässt, stellt R1a bei den α-Oxo-substituierten H3CC(O)O2 (AcP) und HOCH2C(O)O2 (HAP) mit α AcP = (63 ± 11) % bzw. α HAP = (69 ± 12) % den Hauptkanal dar. Wie die mit α HEP = (10 ± 4) % geringfügige OH-Bildung bei HOC2H4O2 (HEP) zeigt, nimmt die OH-Gruppe in β-Stellung weniger Einfluss auf den Wert von α als die Oxogruppe in α-Stellung. Bei der Erzeugung α-Oxo-substituierter RO2 kann ebenfalls OH entstehen (R+O2→RO2/OH). Die Druckabhängigkeit dieser OH-Quelle wurde mit einem innovativen Ansatz bestimmt. Mit γ AcP = (15+5-6) % bzw. γ HAP = (10+2-3) % lässt sich für die Reaktionen der α-Oxo-substituierten RO2 eine erhebliche Ozonbildung nachweisen. Durch die Einführung der α-Oxogruppe steigt k1 jeweils um 1,3 • 10-11 cm3s-1 an, der Effekt der β-Hydroxygruppe ist halb so groß (k1 AcP = (2,0 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1, k1 HAP = (2,6 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Das Verzweigungsverhältnis α steigt weiter, wenn das HO2 deuteriert wird (α AcP,iso = (80 ± 14) %, k1 AcP,iso = (2,1 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Vergleiche mit älteren Studien zeigen, dass die OH-Bildung über R1a bislang deutlich unterschätzt worden ist. Die möglichen Ursachen für die Unterschiede zwischen den Studien werden ebenso diskutiert wie die Hintergründe der beobachteten Substituenteneffekte.

Uncertainty budget in the measurement of typical airborne number, surface area and mass particle distributions

The effects of particulate matter on environment and public health have been widely studied in recent years. A number of studies in the medical field have tried to identify the specific effect on human health of particulate exposure, but agreement amongst these studies on the relative importance of the particles’ size and its origin with respect to health effects is still lacking. Nevertheless, air quality standards are moving, as the epidemiological attention, towards greater focus on the smaller particles. Current air quality standards only regulate the mass of particulate matter less than 10 μm in aerodynamic diameter (PM10) and less than 2.5 μm (PM2.5). The most reliable method used in measuring Total Suspended Particles (TSP), PM10, PM2.5 and PM1 is the gravimetric method since it directly measures PM concentration, guaranteeing an effective traceability to international standards. This technique however, neglects the possibility to correlate short term intra-day variations of atmospheric parameters that can influence ambient particle concentration and size distribution (emission strengths of particle sources, temperature, relative humidity, wind direction and speed and mixing height) as well as human activity patterns that may also vary over time periods considerably shorter than 24 hours. A continuous method to measure the number size distribution and total number concentration in the range 0.014 – 20 μm is the tandem system constituted by a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) and an Aerodynamic Particle Sizer (APS). In this paper, an uncertainty budget model of the measurement of airborne particle number, surface area and mass size distributions is proposed and applied for several typical aerosol size distributions. The estimation of such an uncertainty budget presents several difficulties due to i) the complexity of the measurement chain, ii) the fact that SMPS and APS can properly guarantee the traceability to the International System of Measurements only in terms of number concentration. In fact, the surface area and mass concentration must be estimated on the basis of separately determined average density and particle morphology. Keywords: SMPS-APS tandem system, gravimetric reference method, uncertainty budget, ultrafine particles.

The Relative Efficiency of International, Domestic, and Budget Airlines : Nonparametric Evidence

This study determines whether the inclusion of low-cost airlines in a dataset of international and domestic airlines has an impact on the efficiency scores of so-called ‘prestigious’ purportedly ‘efficient’ airlines. This is because while many airline studies concern efficiency, none has truly included a combination of international, domestic and budget airlines. The present study employs the nonparametric technique of data envelopment analysis (DEA) to investigate the technical efficiency of 53 airlines in 2006. The findings reveal that the majority of budget airlines are efficient relative to their more prestigious counterparts. Moreover, most airlines identified as inefficient are so largely because of the overutilization of non-flight assets.

Optimal budget allocation in budget-based access control

In dynamic and uncertain environments, where the needs of security and information availability are difficult to balance, an access control approach based on a static policy will be suboptimal regardless of how comprehensive it is. Risk-based approaches to access control attempt to address this problem by allocating a limited budget to users, through which they pay for the exceptions deemed necessary. So far the primary focus has been on how to incorporate the notion of budget into access control rather than what or if there is an optimal amount of budget to allocate to users. In this paper we discuss the problems that arise from a sub-optimal allocation of budget and introduce a generalised characterisation of an optimal budget allocation function that maximises organisations expected benefit in the presence of self-interested employees and costly audit.

Budget-aware role based access control

The suitability of Role Based Access Control (RBAC) is being challenged in dynamic environments like healthcare. In an RBAC system, a user's legitimate access may be denied if their need has not been anticipated by the security administrator at the time of policy specification. Alternatively, even when the policy is correctly specified an authorised user may accidentally or intentionally misuse the granted permission. The heart of the challenge is the intrinsic unpredictability of users' operational needs as well as their incentives to misuse permissions. In this paper we propose a novel Budget-aware Role Based Access Control (B-RBAC) model that extends RBAC with the explicit notion of budget and cost, where users are assigned a limited budget through which they pay for the cost of permissions they need. We propose a model where the value of resources are explicitly defined and an RBAC policy is used as a reference point to discriminate the price of access permissions, as opposed to representing hard and fast rules for making access decisions. This approach has several desirable properties. It enables users to acquire unassigned permissions if they deem them necessary. However, users misuse capability is always bounded by their allocated budget and is further adjustable through the discrimination of permission prices. Finally, it provides a uniform mechanism for the detection and prevention of misuses.

The role of interpersonal influence in budget decision making: The Canadian public library experience

This study determined factors which influenced Canadian provincial (state) politicians when making funding decisions for public libraries. Using the case study methodology, Canadian provincial/state-level funding for public libraries in the 2009-2010 fiscal year was examined. The data were analyzed to determine whether Cialdini’s theory of influence and specifically any of the six tactics of influence (i.e., commitment and consistency, authority, liking, social proof, scarcity, and reciprocity) were instrumental in these budgetary decision-making processes. Findings show the principles of “authority,” “consistency and commitment,” and “liking” were relevant, and that “liking” was especially important to these decisions.

With budget cuts coming, ABC and SBS stand divided

Did SBS chief executive Michael Ebeid score a well-timed free kick or an own goal in his attack on the ABC this week? The ABC recently secured the free-to-air television rights for the Asian Cup football tournament to be held in Australia early next year, together with tonight’s match between the Socceroos and Japan. A lower bid by SBS – still in some circles fondly known as the “Soccer Broadcasting Service” – was rejected, dealing a significant blow to the smaller public broadcaster. The ABC was reportedly asked to make a bid by Football Federation Australia. The FFA presumably believes the ABC’s coverage will attract larger audiences to the game. This is despite SBS’s long-term success with the sport. It should not be forgotten, however, that while SBS has largely been defined by its long connection with the world game, ABC was the home of football from the late 1950s until the 1980s. But the stoush is only partly about football. It was surely no coincidence that it comes on the eve of the government’s formal announcement of the size of the cuts to public broadcasting...

Queensland's budget austerity and its impact on social welfare : is the cure worse than the disease?

While considerable attention has been paid to the austerity experiments in Europe, much less attention has been paid to austerity case studies from other parts of the world. This paper examines the case of Queensland, Australia, where the government has pursued austerity measures, while making dire warnings that unless public debt was slashed and the public service sector downsized,Queensland risked becoming the Spain of Australia. The comparison is incomprehensible, given the very different economic situation in Queensland compared with Spain. This comparison constructed a sense of crisis that helped to mask standard neoliberal economic reform. While pursuing neoliberal economic policies,the Queensland Government has also been introducing draconian laws that limit civil liberties and political freedoms for ordinary citizens. This mix of authoritarianism and austerity has met considerable resistance, and this dynamic is discussed in the paper, along with the predictable and unequal impact that austerity measures have had on the general population and social services.

On the measurement of the surface energy budget over a land surface during the summer monsoon

The measurement of surface energy balance over a land surface in an open area in Bangalore is reported. Measurements of all variables needed to calculate the surface energy balance on time scales longer than a week are made. Components of radiative fluxes are measured while sensible and latent heat fluxes are based on the bulk method using measurements made at two levels on a micrometeorological tower of 10 m height. The bulk flux formulation is verified by comparing its fluxes with direct fluxes using sonic anemometer data sampled at 10 Hz. Soil temperature is measured at 4 depths. Data have been continuously collected for over 6 months covering pre-monsoon and monsoon periods during the year 2006. The study first addresses the issue of getting the fluxes accurately. It is shown that water vapour measurements are the most crucial. A bias of 0.25% in relative humidity, which is well above the normal accuracy assumed the manufacturers but achievable in the field using a combination of laboratory calibration and field intercomparisons, results in about 20 W m(-2) change in the latent heat flux on the seasonal time scale. When seen on the seasonal time scale, the net longwave radiation is the largest energy loss term at the experimental site. The seasonal variation in the energy sink term is small compared to that in the energy source term.

Vertical structure and horizontal gradients of aerosol extinction coefficients over coastal India inferred from airborne lidar measurements during the Integrated Campaign for Aerosol, Gases and Radiation Budget (ICARB) field campaign

Quantitative estimates of the vertical structure and the spatial gradients of aerosol extinction coefficients have been made from airborne lidar measurements across the coastline into offshore oceanic regions along the east and west coasts of India. The vertical structure revealed the presence of strong, elevated aerosol layers in the altitude region of similar to 2-4 km, well above the atmospheric boundary layer (ABL). Horizontal gradients also showed a vertical structure, being sharp with the e(-1) scaling distance (D-0H) as small as similar to 150 km in the well-mixed regions mostly under the influence of local source effects. Above the ABL, where local effects are subdued, the gradients were much shallower (similar to 600-800 km); nevertheless, they were steep compared to the value of similar to 1500-2500 km reported for columnar AOD during winter. The gradients of these elevated layers were steeper over the east coast of India than over the west coast. Near-simultaneous radio sonde (Vaisala, Inc., Finland) ascents made over the northern Bay of Bengal showed the presence of convectively unstable regions, first from surface to similar to 750-1000 m and the other extending from 1750 to 3000 m separated by a stable region in between. These can act as a conduit for the advection of aerosols and favor the transport of continental aerosols in the higher levels (> 2 km) into the oceans without entering the marine boundary layer below. Large spatial gradient in aerosol optical and hence radiative impacts between the coastal landmass and the adjacent oceans within a short distance of < 300 km (even at an altitude of 3 km) during summer and the premonsoon is of significance to the regional climate.