Deutsch

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Bestimmung des Wassergehaltes im Bereich der tropischen Tropopause. Dazu wurden Messungen mit dem Hygrometer FISH des ICG-1 vom Forschungszentrum Jülich auf dem hochfliegenden Flugzeug Geophysica durchgeführt. Den Kern dieser experimentellen Arbeiten bilden zwei Kampagnen im Jahr 2005 in Brasilien (TROCCINOX) und in Australien (SCOUT-O3). Ebenso werden zusätzliche Daten anderer tropischer Kampagnen in Afrika (AMMA) und dem Indischen Ozean (APE-THESEO) in dieser Arbeit analysiert. Die erstellten Vertikalprofile bezüglich Wasserminimum (Hygropause), Sättigungsmischungsverhältnis über Eis und Temperaturminimum (die "cold point" Tropopause) bestätigen einen saisonalen Zyklus der Tropopausenhöhe. Daten, die während der Überführungsflüge gemessen wurden, zeigen den saisonalen Gang der tropischen Tropopause. Das Wassermischungsverhältnis im Bereich der UT/LS wird in zwei Regimen unterschiedlich kontrolliert: Unterhalb einer potenziellen Temperatur von etwa 410 K von lokalen Prozessen und oberhalb dieser Fläche von großskaligen Prozessen. Im Einklang mit der "tape recorder"-Theorie wird im Rahmen dieser Arbeit eine Ausbreitung des Wasserdampfes weiter oben in die Stratosphäre gezeigt. Während Flügen am oberen Rand von Konvektion wurden Partikel bis zu einer Höhe von 420 K gemessen. Entgegen andere Untersuchungen zeigen einzigartigen Messungen, dass diese Partikel verdampfen, bevor sie durch Sedimentation die Tropopause wieder erreichen. Darüber hinaus zeigen die Daten im Rahmen dieser Arbeit, dass eine erhebliche Menge Wasser in die Stratosphäre durch überschießende Konvektion transportiert wird, mehr als bisher vermutet. Vereinzelte Profile über Afrika zeigen erhöhten Wasserdampf in wolkenfreien untersättigten Luftmassen. Analyse von Rückwärtstrajektorien im Zusammenhang mit Satellitendaten zeigen, dass ihr Ursprung aus einem Gebiet mit überschießender Konvektion stammt. Der Hintergrund der gemessenen Wasserkonzentration über Afrika wird im Zeitraum der Messungen von der Monsunregion Asiens beeinflusst.

English

The topic of this PhD thesis is the abundance of water vapour at the tropical tropopause. For this purpose measurements were made with the hygrometer FISH of ICG-1 from the Research Centre Jülich onboard the hight altitude aircraft Geophysica. This experimental work was carried out during two field campaigns in 2005 in Brazil (TROCCINOX) and Australia (SCOUT-O3). Additional data from two other tropical campaigns in Africa (AMMA) and over the Indian Ocean (APE-THESEO) were also analysed. A seasonal cycle of the tropopause height was confirmed by the observed vertical profiles of water vapour (hygropause), saturation over ice and temperature ("cold point" tropopause). The data collected during the transfer flights show a seasonal motion of the tropical tropopause. The water mixing ratio in the UT/LS region is controlled by two different regimes: local processes below about 410 K potential temperature and large scale processes above this level. A propagation of water vapour in the stratosphere consistent with the tape recorder theory is shown. Particles were measured during the flights at the upper boundary of convection. These particles evaporate before they sediment below the tropopause again. Futhermore the data show that a significant quantity of water - more than previously thought - is transported into the stratosphere by means of convection. Isolated profiles over Africa show increased water vapour in unsaturated air masses in clear sky. Analysis of backward trajectories in conjunction with satellite data show that it originates from areas with overshooting convection. The background of the measured water concentration over Africa during the measurements was affected by asian monsoon regions.