Upward flux of RaB and RaC in the planetary boundary layer as controlled by atmospheric microstructure

Summary

Vertical mixing and transport processes are studied, and their variation as influenced by atmospheric fine-structure conditions investigated, using data gathered from simultaneous measurements of RaB and RaC concentration in the ambient air at three mountain stations located close to each other horizontally, but at markedly differing levels (730, 1780 and 2960 m). RaB was used as a tracer on account of the high sensitivity to variations of vertical-mixing activity evidenced by RaB abundance figures. Strong inversions between 700 and 2500 m a.s.l. create a ‘zero condition’ at the higher level, where only 0.1% of the low-level RaB reading obtains; active turbulent mixing, on the other hand, leads to nearly equal RaB readings at the two levels. The vertical gradient of concentration of RaB is used to compute mean vertical-mass-exchange coefficients; the latter are studied in their relation to atmospheric structure characteristics. Statistical studies indicate that the barring effect of inversions is related solely to the magnitude of the inverse temperature gradient. Problems of radioactive equilibrium RaB-RaC are discussed, and the significance of aerosol particle size taken into consideration.

Zusammenfassung

Simultane Messungen der RaB- und RaC-Konzentration der Luft an 3 Bergstationen von geringem horizontalem Abstand aber mit relativ grossen Höhenunterschieden (Stationsniveau rund: 700, 1800 und 3000 m a.s.l.) werden benutzt um die vertikalen Mischungs-und Transportvorgänge und ihre Abhängigkeit von der atmosphärischen Feinstruktur zu studieren. Die RaB-Konzentration der Luft reagiert nämlich sehr empfindlich auf Schwankungen der Austauschintensität. Im Falle einer kräftigen Inversion zwischen 700 und 2500 m a.s.l. fällt die RaB-Konzentration über dieses Höhenintervall hinweg auf 0,1% des Basiswertes ab, bei turbulentem Austausch herrscht fast Konzentrationsgleichheit. Aus den vertikalen RaB-Konzentrationsgradienten werden mittlere vertikale Austauschkoeffizienten berechnet und diese zur atmosphärischen Struktur in Beziehung gesetzt. Es zeigte sich dabei, dass die Sperrwirkung einer Inversion nur durch die Steilheit der Temperaturänderung im Inversionsbereich bedingt ist. Probleme des radioaktiven Gleichgewichts zwischen RaB und RaC werden diskutiert. Auch die Bedeutung der Aerosolpartikelgrösse wird mit in Betracht gezogen.