Mobile Wolkenkammer PINE

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pine_chamber KIT/ Markus Breig
Anbringen des optischen Partikelzählers an die PINE-Kammer.
PINE_graphic_expansion_mode CC-BY-SA 4.0 KIT IMK-AAF
Grafik der PINE-Kammer im Expansionsmodus

PINE (Portable Ice Nucleation Experiment, Möhler et al., 2021) ist eine mobile Wolkenkammer zur Untersuchung von Eiskeimpartikeln (INPs), die für die Eiskristallbildung in Mischphasenwolken (Temperaturbereich -10°C bis -35°C, wassergesättigte Bedingungen) und Zirruswolken (Temperaturbereich -35°C bis -60°C, wassergesättigte Bedingungen) relevant sind.

Funktionsprinzip

PINE basiert auf dem Design der AIDA-Kammer (Möhler et al., 2003) und ahmt die Wolkenbildung bei Luftmassenauftrieb nach. Sie besteht aus einem 10 Liter großen, extern gekühlten Behälter, durch den die Aerosolpartikel mehrere Minuten lang gespült werden. Durch Schließen eines Ventils stromaufwärts der Kammer und Aufrechterhaltung einer Strömung durch das System wird die entnommene Luft durch die Druckreduktion expandiert und erzeugt eine Übersättigung gegenüber Eis und Wasser (Mischphasenwolkenbedingungen) oder nur gegenüber Eis (Zirruswolkenbedingungen). Dadurch können sich die Aerosolpartikel zu Wolkentröpfchen und Eiskristallen aktivieren. Ein der Kammer nachgeschalteter optischer Partikelzähler (fidas-pine, Palas GmbH, Karlsruhe) detektiert dabei die sich bildenden Eiskristalle (die INPs) aufgrund ihres größeren Durchmessers im Vergleich zu Wolkentröpfchen und nicht aktivierten Aerosolpartikeln. Dies ermöglicht die Bestimmung einer temperaturabhängigen INP-Konzentration. Nach der Expansion wird die Kammer wieder auf Umgebungsdruckbedingungen aufgefüllt. Ein solcher Zyklus der Spülung-Expansion-Nachfüllung dauert etwa 6 Minuten, was die Beobachtung von INP-Konzentrationen mit einer hohen Zeitauflösung ermöglicht. PINE kann kontinuierlich und autonom bei konstanten Temperatur- und Übersättigungsbedingungen sowie in einem Temperatur-Scanning-Modus betrieben werden.

Merkmale
  • Nachweisgrenze 0,5 INP pro L (bei einer Zeitauflösung von 6 Minuten)
  • Temperaturgenauigkeit von ±1°C
  • Kühlrate 0,6°C pro Minute
  • Anwendung bei der Langzeitüberwachung und für Laborexperimente
  • kommerziell erhältlich bei der Firma Bilfinger Noell
INP Messdaten
Messungen am KIT Campus North
Messungen an anderen Stationen