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Fabian Frank

• Eisnukleierende Partikel (INP) sind ein wichtiger Bestandteil des atmosphärischen Aerosols. Trotz ihrer geringen Konzentrationen in der Atmosphäre haben sie Einfluss auf die Bildung von Eiskristallen und auf den Niederschlag. Durch Änderungen in Anzahlkonzentration oder anderer Eigenschaften der INP können sich Wolkenparameter wie Lebensdauer und Tröpfchendichte ändern, was weiter eine Ursache für Änderungen im globalen Strahlungshaushalt sein kann. Der Anteil zum globalen Strahlungshaushalt durch „Wolken-Anpassungen aufgrund von Aerosolen“, stellt weiterhin die größte Unsicherheit des Strahlungsantriebes dar. Aus diesem Grund sind Messungen und Studien über atmosphärische Aerosole und INP notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Eiskeimzähler FINCH („fast ice nucleus chamber“) grundlegend überholt und für Messungen von INP optimiert. FINCH ist ein in-situ Eiskeimzähler der durch Mischung unterschiedlicher Luftströme eine Übersättigung der Probeluft mit Wasserdampf erzeugt, um auf diese Weise die zu untersuchenden Aerosolpartikel zu Eiskristallen wachsen zu lassen. Am Ende einer Wachstumskammer werden die Partikel durch eine Optik, dem FINCH-OPS, anhand von Streueigenschaften klassifiziert und ausgewertet. Um FINCH im erwarteten Umfang benutzen zu können, wurden am F-OPS der Laser und die zur Detektion des Streulichts benutzen Photomultiplier ersetzt. Weiter wurde die Software zur Detektion der Partikel neu entwickelt. Durch diese Änderungen ist es möglich Partikelanzahl, Partikelgröße sowie eine Information über die Form der Partikel abzuleiten. Über einen weiteren Photomultiplier im F-OPS ist es zudem möglich eine Information über Fluoreszenz des Partikels zu gewinnen, um so auf einen biologischen Ursprung des Partikels zu schließen. Vorangegangene Probleme durch elektromagnetische Einstrahlung und dadurch entstandene Inkonsistenzen während Messungen konnten im Rahmen dieser Arbeit identifiziert und ausgeschlossen werden. Ebenfalls konnten die zur Flusskühlung benutzen Wärmetaucher als Ursache für Verunreinigungen und Kontamination ausgemacht werden. Auch dieser, für Messungen ungeeignete Zustand, wurde im Rahmen dieser Arbeit behoben. Ausführliche Charakterisierungsmessungen konnte die Funktionsfähigkeit des F-OPS, als einzelnes Messgerät ohne FINCH-Kammer, belegen. Durch Messungen mit einer steuerbaren Lichtquelle in der Optik konnte zudem die elektrische Verarbeitung sowie die Zählqualität der Optik verifiziert werden. Weiter kann durch diese Experimente gezeigt werden, dass mit dem F-OPS größenaufgelöst gemessen werden kann. Auch in den ersten Streulichtexperimenten mit Testaerosol kann die Funktionsfähigkeit der Optik gezeigt werden. Für Partikelgröße von Dp > 400 nm wird eine Zähleffizienz von 25% eines TSI 3025 CPCs erreicht. Die über den F-OPS abgeleitete Partikelgröße kann durch Messungen mit monodispersen Aerosolpartikeln und einer parallelen Messung mit einem TSI 3330 OPS parametrisiert werden. Weiter kann die Fluoreszenz von ausgewählten Referenzstoffen gezeigt werden. Im Betrieb von F-OPS hinter der FINCH-Kammer, also FINCH als Komplettsystem, wurden weitere Charakterisierungsmessungen durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die Anzahlkonzentration der Partikel nach Schließen eines Ventils exponentiell abfällt. Die Partikel folgen demnach nicht nur einem laminaren Fluss durch die Kammer. 50% der Partikel haben nach ca. 13 s die Kammer verlassen. Auch wurde ermittelt, dass ca. 40% der Partikel in der Kammer verloren gehen. Erste Aktivierungsexperimente zeigen, dass Eispartikel in der Kammer auf eine Größe von Dp > 6 µm anwachsen. Durch Nullfiltermessungen in Aktivierungsphasen, sowie Ändern des zur Aktivierung notwendigen feuchten Flusses, wird zudem gezeigt, dass die Aktivierung der INP durch Mischung erfolgt und außerdem keine Fremdpartikel aktiviert werden. Die neue Steuerung der Kammer lässt es zu Temperaturen in etwa einer Stunde gezielt anzusteuern. Es wird gezeigt, dass Schwankungen in der Sättigung hauptsächlich durch Temperaturphänomene beeinflusst werden. Abschließend wurden beispielhaft Laborexperimente mit Snomax© durchgeführt, welche sehr gut mit Werten aus der Literatur verglichen werden konnten. Auch eine erste Außenluftmessung am Jungfraujoch (Schweiz) wird in dieser Arbeit präsentiert. Die gemessenen INP-Konzentrationen im gezeigten Zeitraum liegen zwischen 1,4 ± 4,1 L-1 und 53 ± 30 L-1 und entsprechen somit wiederum bekannten Literaturwerten.