Total particle number concentration at Sonnblick observatory : time series and events

Abstract

Aerosolpartikel haben erhebliche Auswirkungen auf das Klima und die menschliche Gesundheit. Es ist daher wichtig, die zeitliche und räumliche Verteilung der Partikelanzahlkonzentration (Ntot) sowie die Entwicklung eben dieser im zeitlichen Verlauf zu verstehen. Bergstationen sind ideal für die Messungen von Ntot, weil sie aufgrund weniger lokaler Verschmutzungsquellen die Hintergrundbedingungen über lange Zeiträume des Jahres repräsentieren. In einem ersten Schritt wurde das Flaggen und Validieren der Ntot Daten, aufgezeichnet zwischen 2004 und 2023 am Sonnblick Observatorium (SBO), mit dem Datenvalidierungstool AEROS durchgeführt. Dieses erlaubt verschiedenen Ereignissen spezifische Quality Status (QS) zuzuordnen. Die Datenverarbeitung wurde hauptsächlich mit KNIME workflows verrichtet. Durch einen Gerätewechsel wurde ein Knickpunkt in der Zeitreihe im April 2009 identifiziert, entsprechend wurden ausschließlich Daten nach dem Wechsel verwendet. Zudem wurde der Wechsel vom Chemistry Manifold (CM) zum Aerosol Manifold (AM) im Oktober 2012 untersucht. Dabei konnten keine nennenswerten Unterschiede bezüglich der gemessenen Ntot festgestellt werden. Zur Trendanalyse wurde der seasonal Mann Kendall Test (sMK) auf den bereinigten und validierten Datensatz (QS ≤ 59) im Verbund mit Sen’s slope angewendet, um den Trend zu quantifizieren. Die einzig statistisch signifikant (ss) zunehmende Saison war Sommer. Das ist widersprüchlich zu den Ntot Trendergebnissen vom Jungfraujoch, könnte aber auf einen verstärkten Einfluss der ABL am SBO zurückzuführen sein. Eine Sensitivitätsanalyse, basierend auf der Einbeziehung verschiedener Flags, hat gezeigt, dass Bauarbeiten (QS71) einen positiven Trend im Herbst verursachen würden. Dies deutet auf die Notwendigkeit des Flaggens von Ereignissen an Bergstationen hin (basierend auf ortsspezifischen Richtlinien). Somit kann verhindert werden, dass die Trendergebnisse von lokalen Emissionsquellen beeinflusst werden.

Aerosol particles have significant impacts on climate and human health. It is therefore important to understand the temporal and spatial distribution of the particle number concentration (Ntot) and how the concentration has evolved over time. Mountain stations are ideal for measuring Ntot because they represent the background conditions for long periods of the year, with fewer local sources of pollution. In a first step the flagging and validation of the Ntot data, obtained from 2004 until 2023 from Sonnblick Observatory (SBO), was carried out using the data validation tool AEROS, which allows to flag events with specific Quality Status (QS). The data manipulation was mainly performed with individual KNIME workflows. Due to a switch of devices, a breakpoint in the time series was found for April 2009, which is why data was used from 2009 onwards. Furthermore, a switch from the Chemistry Manifold (CM) to the Aerosol Manifold (AM) in October 2012 was investigated. No noticeable changes in Ntot measurements for the manifolds could be found. Trend analysis was carried out using the seasonal Mann-Kendall (sMK) test on the cleaned and validated data set (QS ≤ 59) in combination with Sens’s slope to quantify the trend. The only statistically significant (ss) increasing season is summer, which is contradictory to the Ntot trend analysis results of Jungfraujoch, but might be caused by more frequent atmospheric boundary layer injection at SBO. Sensitivity analysis based on the inclusion of flagged data shows that construction work (QS71) would give a ss increasing trend for autumn as well. This indicates the necessity to flag events at mountain sites based on site specific guidelines, to prevent the trend result being influenced by local pollution sources.