This thesis involves the study of dust particles trapped in silica aerogel for fusion dust diagnostics purpose. The low velocity impact experiments are done by implanting predefined dust particles into silica aerogel by using a springpiston air gun. The impact experiment results show that the hypervelocity impact model may not suitable for describing the fusion characteristic dust particles. The samples made by impact experiment are analyzed by ion microbeam analysis methods: Rutherford backscattering spectrometry (RBS) and Particle-induced X-ray Emission spectrometry (PIXE). The elements of dust particles are well identified by the X-ray spectra. The X-ray maps clearly show the dust shape. RBS and NRA spectra of an individual particle or a specific region show the depth information of the trapped particles, which is useful for determining the dust velocities. For the interpretation of ion beam analysis result, simulation of dust particles for RBS and NRA are done. The accessible depth for ion beam analysis in silica aerogel can be several hundred micrometers, which is adequate for dust diagnostics.

A change in atmospheric aerosol particles, especially cloud condensation nuclei (CCN) and ice-nucleating particles (INPs), is bound to impact cloud properties, precipitation and cloud radiative effects. In this thesis, two field campaigns were carried out in two representative locations, i.e. the anthropogenic polluted environment at Cyprus and the marine-dust intersect environment at Cabo Verde (a.k.a. Cape Verde) to understand the role of CCN and INPs over the tropical and subtropical regions in the northern hemisphere. On-line aerosol physical measurements were performed and samples from different environ- mental compartments were examined with respect to INPs: the oceanic sea surface microlayer (SML), underlying water (ULW), cloud water and atmospheric filters. Both measurement sites differ in aerosol properties, such as particle number size distribution, CCN and INP concentrations and CCN-derived particle hygroscopicity, due to different environment backgrounds and air mass origins. Aerosol particles at Cyprus were dominated by anthropogenic pollution, with small contributions of sea spray aerosol (SSA) and mineral dust. Particle aging process were observed through changes in CCN-derived particle hygroscopicity. New particle formation events with subsequent growth of the particles into the CCN size range were observed. INPs mainly originated from long-range transport. And anthropogenic pollution were found to be inefficient INPs at temperature range >−25 ◦C. However, aerosol particles at Cabo Verde featured a marine background with intrusions of dust. Dust and marine aerosols featured clearly different PNSDs. CCN number concentration at a supersaturation of 0.30% during the strongest observed dust periods was about 2.5 times higher than during marine periods. However, the CCN-derived hygroscopicity for marine and dust periods shows no significant difference. INPs at Cabo Verde were mainly in the supermicron size range, with a large contribution of biological particles. When comparing atmospheric INP number concentration to those found in seawater, it can be concluded that SSA only contributed a minor fraction to the atmospheric INP population.:1 Introduction 2 Methodology 3 Results and Discussion 4 Summary and Conclusions 5 Outlook Appendix Bibliography / Veränderungen im atmosphärischen Aerosol, speziell bei Wolkenkondensationskernen (CCN) und eisnukleierenden Partikeln (INPs), haben Auswirkungen auf Wolkeneigenschaften wie Niederschlagsbildung und Strahlung. Für die hier vorgelegte Arbeit wurden zwei Feldmesskampagnen durchgeführt, im anthropogen verschmutzten Zypern und auf Cabo Verde (alias Kap Verde), einer Schnittstelle zwischen Meer und Wüste. Ziel war es, die Rolle von CCN und INPs in den tropischen und subtropischen Regionen der nördlichen Hemisphäre besser zu verstehen. Es wurden aerosol-physikalische online Messungen durchgeführt und verschiedene Proben auf INPs hin untersucht: die Meeresoberflächen-Mikroschicht (SML), das darunter liegende Wasser (ULW), das Wolkenwasser und atmosphärische Filter. Die beiden verschiedenen Orte an denen die Messkampagnen stattfanden unterscheiden sich in den Aerosoleigenschaften wie z.B. Partikelanzahlgrößenverteilung (PNSD), CCN- und INP-Konzentration und der von CCN abgeleiteten Partikelhygroskopizität. Grund hierfür sind Unterschiede in der Umgebung und der Luftmassenherkunft. Die Aerosolpartikel auf Zypern wurden von anthropogener Verschmutzung dominiert, mit kleinen Beiträgen von Partikeln aus Meeres-Gischt (SSA) und Mineralstaub. Partikelalterung ging einher mit einer Veränderung der Hygroskopizität der CCN. Partikelneubildung wurde beobachtet, mit anschließendem Wachstum der Partikel bis in den CCN-Größenbereich. INPs stammen hauptsächlich aus Ferntransport, und Partikel aus anthropogener Verschmutzung waren ineffiziente INPs im Temperaturbereich >−25 ◦C. Das Aerosol in Cabo Verde speiste sich sowohl aus marinen Quellen als auch aus Wüstenstaub. Staub und marines Aerosol wiesen sehr verschiedene PNSDs auf. Die CCN-Anzahlkonzentration bei 0,30% Übersättigung war während der stärksten Staubperioden etwa 2,5 Mal höher als während der marinen Perioden. Die aus CCN abgeleitete Hygroskopizität zeigte jedoch keinen signifikanten Unterschied für marine und Staubperioden. Die INPs in Cabo Verde waren zum Großteil größer als ein Mikrometer, und waren zum Großteil biogenen Ursprungs. Aus dem Vergleich der atmosphärischen INP-Anzahlkonzentration mit der im Meerwasser gefundenen kann man schließen, dass SSA nur einen geringen Anteil zur atmosphärischen INP-Population beitrug.:1 Introduction 2 Methodology 3 Results and Discussion 4 Summary and Conclusions 5 Outlook Appendix Bibliography