Fachkenntnisse
Ich verfüge über vertiefte Erfahrung in der Planung von Experimenten zur Charakterisierung physikalischer und chemischer Eigenschaften von feinen Aerosolpartikeln (Feinstaub). Bereits während meiner experimentellen Doktorarbeit an der ETHZ untersuchte ich die Alterungsprozesse von realen Russpartikeln in der Atmosphäre. Danach habe ich während 13 Jahren am Paul Scherrer Institut (PSI) die Eigenschaften und Auswirkungen von natürlichen und anthropogenen Aerosolen charakterisiert und damit einen Beitrag zur Gewinnung von besseren Ausgangsdaten für zukünftige Klima- und Luftqualitätsmodelle geleistet. In Feldmesskampagnen in der Nähe und in der Ferne von verschiedenen Aerosolquellen untersuchte ich die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen, um deren Quellen und Auswirkungen zu verstehen. Eine wichtige Aufgabe bestand darin, die verschiedenen Quellen von kohlenstoffhaltigen Aerosolen zu identifizieren und zu quantifizieren (z. B. Russemissionen aus dem Verkehr oder aus der Holzverbrennung in Haushalten). Diese Daten sind sehr wichtig, da sie dazu genutzt werden können, die Belastung durch hohe Konzentrationen dieser schädlichen Partikel zu verringern und so die Gesundheit der Bevölkerung zu verbessern.
Ich war auch für die Einrichtung und den Betrieb der kontinuierlichen Aerosolmessungen auf der hochalpinen Forschungsstation Jungfraujoch verantwortlich. Diese Messungen wurden im Rahmen des Schweizer Aerosolprogramms Global Atmosphere Watch (GAW) unter der Schirmherrschaft der WMO durchgeführt. Ein Forschungsschwerpunkt war z.B. die Charakterisierung der optischen Eigenschaften von Aerosolen und deren Rolle bei der Bildung von Wolkentröpfchen und Eiskristallen. Die gewonnenen Ergebnisse sind wichtig für die Verbesserung von Klimamodellen, da sie eine bessere Modellierung der komplexen Wechselwirkungen von (anthropogenen) Aerosolpartikeln mit der Strahlung und ihrer Wechselwirkungen in Mischphasenwolken ermöglichen.
Mit meiner Forschung habe ich auch dazu beigetragen, die Unsicherheiten bei der Messung von kohlenstoffhaltigen Partikeln zu verringern. Im Jahr 2003 habe ich die komplexen Prozesse und die daraus resultierenden Artefakte eines Mehrwellenlängen-Absorptionsphotometers (Aethalometer) quantitativ charakterisiert. Diese Arbeit wurde mehr als 1100 Mal zitiert und ebnete den Weg für eine bessere Bestimmung von Aerosolabsorptionskoeffizienten mit filterbasierten Methoden und wird heute für die Quellenbestimmung von atmosphärischen Russpartikeln verwendet. Dennoch sind die Messunsicherheiten dieser filterbasierten Methode nach wie vor gross. Daher habe ich 2014 begonnen, bessere Alternativen zu evaluieren. Die auf photothermischer Interferometrie (PTI) und Photoakustik (PA) basierenden in-situ-Methoden haben meine Aufmerksamkeit erregt. Seitdem arbeitet meine Gruppe an der Verbesserung dieser Techniken, mit denen feine Russpartikel sehr genau gemessen werden können. Mein Team hat eine neue Messtechnik entwickelt, die auf einem Einzelstrahl-PTI basiert. Diese Methode wird derzeit mit Hilfe von Wellenleitern und photonischen integrierten Schaltungen (pic) verfeinert und miniaturisiert.
Ich widme mich der Entwicklung von innovativen Instrumenten zur Beantwortung relevanter Forschungsfragen. Einige Beispiele (neben den oben erwähnten photothermischen Techniken):
- Wir haben einen neuen Aerosolsensors zur zuverlässigen Detektion von Vulkanasche entwickelt. Die vorgesehene Anwendung ist der Einsatz dieser neuen Technik an Bord von Passagierflugzeugen. Der Sensor ermöglicht eine in-situ-Überwachung der Exposition des Flugzeugs gegenüber Vulkanasche.
- Ein Ice Selective Inlet (ISI) ermöglicht die Extraktion kleiner Eispartikel in Mischphasenwolken zur physikochemischen Charakterisierung von Eiskernen.
- Das White-Light Humidified Optical Particle Spectrometer (WHOPS) ist ein neu entwickeltes Instrument, das die Messung der hygroskopischen Eigenschaften von Aerosolen im Supermikrometerbereich ermöglicht. Die hohe zeitliche Auflösung ermöglichte den Einsatz des Instruments an Bord eines Forschungszeppelins im Rahmen eines EU-Projekts zur Untersuchung der Alterungsprozesse von Schadstoffen.
- Das erste Instrument (Tieftemperatur H-TDMA) zur Messung der Abhängigkeit der Aerosolpartikelgrösse von der relativen Feuchte in-situ bei Temperaturen unter 0°C. Diese Pionierarbeit war der Auslöser für die Entwicklung zahlreicher weiterer H-TDMA-Instrumente, die derzeit weltweit in Labors und im Feld zur Quantifizierung der Wasseraufnahme von Aerosolpartikeln eingesetzt werden.
- Ein neues Instrument (DustEar) für die akustische Detektion von Aerosolen, das direkt die Masse einzelner Partikel misst. Diese Entwicklung ist z.B. in der Metrologie gefragt, da sie die Rückverfolgbarkeit der Masse von Aerosolpartikeln ermöglicht.
