Original paper

A case of transatlantic aerosol transport detected at the Schneefernerhaus Observatory (2650 m) on the northern edge of the Alps

Birmili, Wolfram; Göbel, Tina; Sonntag, André; Ries, Ludwig; Sohmer, Ralf; Gilge, Stefan; Levin, Ingeborg; Stohl, Andreas

Meteorologische Zeitschrift Vol. 19 No. 6 (2010), p. 591 - 600

published: Dec 1, 2010

DOI: 10.1127/0941-2948/2010/0465

BibTeX file

O

Open Access (paper can be downloaded for free)

Download paper for free

Abstract

An unusual peak in atmospheric aerosol particle number and mass concentration occurred on September 20 and 21, 2006 at the Schneefernerhaus (SFH) Observatory, Germany. A source-receptor analysis using the Lagrangian transport model FLEXPART suggested that polluted air from source regions in the Western and Central U.S. travelled within 4-8 days over the Atlantic to the European Alpine region. A warm conveyor belt over the northern Great Plains was identified as the essential process lifting the boundary layer air to the high altitudes required for a rapid transatlantic transit. The layer arriving at SFH had an aerosol mass concentration of about 30 μg m-3, and a particle number size distribution showing an aged accumulation mode aerosol with mode diameter around 0.3 μm. A combination of in-situ humidity, 214Po and carbon monoxide measurements as well as upper air observations (radiosoundings) suggested that the layer had no previous contact with the local/European boundary layer. A screening of three years of FLEXPART simulations (2005-2007) yielded this case study as the only event of transatlantic anthropogenic aerosol to SFH where mixing with the boundary layer could safely be excluded. The event therefore represents rare surface-based evidence of transatlantic transport of fine and ultrafine aerosols.

Kurzfassung

Die Verteilung atmosphärischer Spurenstoffe sowie ihre Auswirkungen auf die Luftqualität kann nicht ohne die Betrachtung weitreichender Transportvorgänge verstanden werden. Die Konzentrationen atmosphärischer Aerosolpartikel werden in Bodennähe normalerweise stark durch die Mischungsvorgänge in der Grenzschicht geprägt, weshalb interkontinentaler Ferntransport dort in der Regel nur verwischt wahrgenommen werden kann. Diese Arbeit beschreibt einen Fall bodengestützter Beobachtungen an der Zugspitze (Schneefernerhaus) vom 20. September 2006, bei dem eine Aerosolschicht auf Quellen innerhalb Nordamerikas zurückgeführt werden konnte. Als Transportmechanismus wurde ein warmes Förderband (warm conveyor belt) über den dortigen Great Plains erkannt, welches Grenzschichtluft in die für einen schnellen Transatlantiktransport erforderlichen Höhen brachte. Das ankommende Aerosol war durch ein gealtertes Größenspektrum an Akkumulationsmodepartikeln (Modaldurchmesser 0,3 μm) geprägt und Lagrangeschen Modellrechnungen zufolge zwischen 4 und 8 Tagen aus Nordamerika unterwegs. Betrachtungen der Zerfallsaktivität von 214Po und der Aerosol-, Kohlenmonoxid- und Feuchtemesswerte an der Zugspitze und am tiefergelegenen Hohenpeißenberg sowie Radiosondenprofile zeigten, dass das an der Zugspitze ankommende Aerosol nicht durch Einflüsse aus der lokalen Grenzschicht gestört war. Der Fall verdeutlicht, dass Verschmutzungsaerosol aus Nordamerika in Europa direkt bis an den Boden gelangen kann — wenngleich eine Häufigkeitsanalyse ergab, dass derartiger Direkttransport in die Alpenregion eher selten auftritt (ca. 1/Jahr). Der gezeigte Fall war im Dreijahreszeitraum 2005-2007 der einzige transatlantische Ferntransport, bei dem ein Einfluss der lokalen Grenzschicht auf die gemessenen Partikelkonzentrationen sicher ausgeschlossen werden konnte.