Die Variabilität der oberen Atmosphäre der Erde wird durch die Schwankungen in der Absorption solarer UV- und EUV-Strahlung die Ionosphäre hervorgerufen. Dabei tritt jedoch eine Verzögerung auf, die durch das Zusammenspiel verschiedener physikalischer und chemischer Prozesse verursacht wird. So haben die bestimmenden Ionisations- und Rekombinationsprozesse in den verschiedenen Schichten der Ionosphäre, aber auch Transportprozesse einen entscheidenden Einfluss. Die Rolle dieser Prozesse wurde in verschiedenen Studien untersucht, jedoch haben sich diese Analysen bisher nur mit einzelnen Aspekten der Verzögerung beschäftigt.Im Projekt DRIVAR II werden jene Aspekte der Verzögerung untersucht werden, die bisher nicht in Studien aufgenommen wurden. Dies beinhaltet die Variation der Verzögerung in hohen und niedrigen Breiten und die Rolle von Kopplungsprozessen zwischen Thermosphäre und Ionosphäre. Aufbauend auf diesen Ergebnissen und vorangegangenen Studien wird im Rahmen des Projektes eine globale Beschreibung der Verzögerung bereitgestellt.Die Analyse wird dabei einerseits auf etablierten Datensätzen (z.B. SDO-EVE, GOES, GUVI, Ionosonde oder TEC-Karten) aufbauen, aber andererseits auch neue Daten berücksichtigen (z.B. GOLD und ICON). Diese Vielzahl an solaren, thermosphärischen und ionosphärischen Parametern wird eine detaillierte Beschreibung der ionosphärischen Verzögerung ermöglichen. Hinzu kommen Modelluntersuchungen mit dem Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere Electrodynamics (CTIPe) Modell und dem Thermosphere-Ionosphere- Electrodynamics General Circulation (TIE-GCM) Modell. Die Untersuchungen mithilfe dieser Modelle werden die verantwortlichen Prozesse ionosphärischer Variabilität zu bestimmen. Mit den Ergebnissen der Untersuchungen sollen dann ggf. auch Vorschläge für die Optimierung dieser Modelle formuliert werden und empirische Modelle ergänzt werden.Mit dem DRIVAR-II-Projekt werden die ionosphärischen und thermosphärischen Prozesse, welche die verzögerte Reaktion der Ionosphäre bestimmen umfassender und genauer analysiert. Diese Untersuchungen werden auch das generelle Verständnis von Prozessen in der oberen Atmosphäre verbessern und sind für das Vorhersagen von ionosphärischen Bedingungen interessant.Das Projekt ist eine Kooperation zwischen dem Institut für Solar-Terrestrische Physik in Neustrelitz und dem Institut für Meteorologie der Universität Leipzig.
Die Untersuchung des Klimawandels erfordert langfristige Beobachtungen. Die passive Fernerkundung hat sich dabei als ein leistungsfähige Methode zur Untersuchung der Zusammensetzung der Atmosphäre bis etwa 60 km Höhe etabliert. Derartige Beobachtungen können vom Mikrowellenspektralbereich über das Infrarot bis ins UV/Vis durchgeführt werden. Messungen im infraroten Spektralbereich sind von hoher Relevanz, da dort viele Spurengase der Stratosphäre und Troposphäre nachgewiesen werden können. Seit etwa drei Jahrzehnten werden Infrarot-Beobachtungen mit FTIR-Spektrometern durchgeführt.Der hochalpine Standort am Jungfraujoch/Schweiz begann 1984 mit regelmäßigen FTIR-Beobachtungen. Bereits im geophysikalischen Jahr 1950/1951 wurden jedoch bahnbrechende Beobachtungen mit einem Gitterspektrometer zur Untersuchung der Erd- und Sonnenatmosphäre aufgenommen. Die entsprechenden Spektren für 1950/1951 sind auf ~ 80 Papierrollen verfügbar und decken insgesamt den Spektralbereich von 2,8 bis 23,7 um ab (entsprechend 422 bis 3571 cm-1). Weitere Gitterspektren sind als elektronische Dateien für den Zeitraum 1976-1989 verfügbar, sie decken jedoch nur schmale Spektralbereiche ab welche HCl, HF, N2O und CH4 abdecken. Da das Gitterspektrometer, wie auch die aktuellen FTIR-Spektrometer, vom Boden aus in Richtung Sonne im infraroten Spektralbereich misst, enthalten die Spektren auch die atmosphärischen Absorptionsmerkmale der Spurengase, wie die aktuellen FTIR-Spektren.Ziel unseres Projekts ist die Digitalisierung, Konservierung und Analyse der historischen Spektren, die 1950 und 1951 aufgenommen wurden. Dies soll zusammen mit einer Analyse der Spektren für den Zeitraum 1976-1989 erfolgen. Dies erlaubt es uns, die atmosphärische Zusammensetzung für einige Spurengase auf ihrem Hintergrundniveau zu untersuchen, bevor die Menschheit begann sie signifikant zu verändern, und ihre langfristige Entwicklung bis zur Gegenwart zu vermessen.Wir schlagen vor, die historischen Spektren für einige Spurengase zu analysieren. Selbst für jene Spurengase, die bereits in den historischen Spektren analysiert wurde, ist eine neue Auswertung aus zwei Gründen extrem wichtig. (i) die spektralen Daten haben sich aufgrund neuer Labormessungen und der Entwicklung der Molekülspektroskopie verbessert und (ii) die Auswertealgorithmen wurden aufgrund der Verfügbarkeit von schnellen Computern und Verbesserungen der Auswertesoftware signifikant weiterentwickelt.Die auszuwertenden Spurengase von Interesse beeinhalten CH4, N2O, CO, HCN, HNO3, C2H6, OCS und HCl. Für einige wenige Spurengase, wie HCl, kann die Auswertung aufgrund des geringen Signal-Rausch-Verhältnisses und der geringeren spektralen Auflösung der historischen Spektren schwierig sein. Aber selbst für diese Spurengase kann eine obere Grenze angegeben werden, was für die Untersuchung der langfristigen Änderung der atmosphärischen Zusammensetzung wichtig ist.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung und der Einsatz von faseroptischen Diagnostiksystemen zur räumlich aufgelösten Analyse von Flammenemissionen in der Brennkammer und zur hochdynamischen Bestimmung von Schwellwertüberschreitung der CO-Konzentrationen in der Austrittsebene von seriennahen Gasturbinenbrennkammern, sowie die Anwendung von Tomographiealgorithmen zur dreidimensionalen Rekonstruktion von Flammenfronten. Es werden druckdichte und hitzebeständige optische Faserbündel entwickelt, die Flammenemissionen aus dem Brennkammerbereich der Gasturbinen zunächst zu Detektoren bzw. unter Erhaltung der Bildinformation zu Kamerasystemen übertragen. Dort werden die Flammenemissionen analysiert und für qualitative und quantitative Interpretation der Verbrennungsvorgänge ausgewertet. Weiterhin werden die Laserabsorptionsmethode im erweiterten nahinfraroten Spektralbereich zur zeitlich hochaufgelösten Schwellwertmessung der CO-Konzentrationen im Abgasbereich der Flammen entwickelt, um Aussagen über die Qualität des Verbrennungsprozesses zu gewinnen. Zudem werden Berechnungen zur tomografischen Rekonstruktion der räumlichen Verteilungen der Flammenstruktur durchgeführt, die aus der Detektion von Flammenemissionen mittels der Faseroptiken aus verschiedenen Blickrichtungen in die Brennkammer erhalten werden. Insgesamt werden die Experimente und tomografischen Rekonstruktionen helfen, das Brennverhalten von modernen Gasturbinen besser zu verstehen und zu optimieren.
Das Ziel dieses Projekts ist es, die Zusammensetzung der Atmosphäre und zukünftiger Veränderungen in der Region von Mexiko Stadt zu untersuchen. Dazu soll ein FTIR Spektrometer auf einer Passhöhe in der Nähe von Mexiko Stadt betrieben werden. Mit diesem Spektrometer werden solare Absorptionsspektren aufgenommen, aus denen Profile verschiedener Spurengase wie H2O, CO, CO2, CH4, N2O, O3, NO, HNO3, HCl, HF und Säulengehalte von FCKW-11, FCKW-12, NO2, und ClONO2 bestimmt werden. Diese Messungen werden im Rahmen eines Internationalen Netzwerks NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change) durchgeführt. Bislang gibt es erst eine solche Messstation in Mittel- und Südamerika. Die geplante Messstation in Mexiko würde von daher eine wichtige Lücke schließen. In Zusammenarbeit des KIT-IMK-ASF Karlsruhe mit der Fernerkundungsgruppe der Universität Mexiko könnte eine solche Messstation aufgebaut und betrieben werden. Dabei würde das KIT den Messcontainer samt Spektrometer zur Verfügung stellen und die Arbeitsgruppe in Mexiko würde das Messgerät vor Ort betreiben. Dazu ist der hiermit beantragte Austausch der beteiligten Wissenschaftler erforderlich.
Zwei aktuell sehr vielversprechende Solarzellenarten basieren auf Dünnschichttechnologien. Im Speziellen übertrifft Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) mit einer Effizienz von größer 21 % bereits multikristallines Si mit der Aussicht auf weitere Kostenreduktion. Ein größerer Sprung in Effizienz und daher eine zusätzliche Kostenersparnis wird durch die Tandem-Kombination verschiedener Solarzellenarten erwartet, die auf verschiedene Absorptionsbereiche des Sonnenspektrums spezialisiert sind. Bisher erwies es sich als sehr schwierig, ein passendes Hochband-Material für die Kombination mit CIGS als Basiszelle zu finden. Dies scheint nun mit den neu aufgekommenen Perowskit-Solarzellen in Reichweite zu rücken. In nur 4 Jahren konnte diese Solarzellenklasse einen rasanten Anstieg in der Effizienz auf mittlerweile mehr als 20 % verzeichnen. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, das Potential, aber auch die fundamentalen Aspekte neuer Perowskit-Solarzellen in Einzelzellen und in ihrer Anwendung in Tandemzellen zusammen mit CIGS-Basis-Zellen auszuloten, um die Effizienzen jenseits der Werte der Einzelzellen anzuheben. Das Projekt vereint vier starke Partner: ZSW und MDO gehören zu den erfahrensten und erfolgreichsten Forschungsgruppen auf den Gebieten der CIGS- bzw. Perowskite-Forschung, während MHA und KIT eine weitreichende Expertise in der Analyse von Halbleitern und Solarzellen beisteuern. Ausgehend von der Entwicklung neuer Perowskitmaterialien und der Optimierung der Einzelzellen werden neue Zellarchitekturen und Kontaktschichten evaluiert und schließlich in sowohl mechanisch gestapelten als auch in monolithisch integrierten Tandemzellen integriert. Damit soll die Effizienz im Vergleich zu den Einzelzellen deutlich gesteigert werden.
Zwei aktuell sehr vielversprechende Solarzellenarten basieren auf Dünnschichttechnologien. Im Speziellen übertrifft Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) mit einer Effizienz von größer 21 % bereits multikristallines Si mit der Aussicht auf weitere Kostenreduktion. Ein größerer Sprung in Effizienz und daher eine zusätzliche Kostenersparnis wird durch die Tandem-Kombination verschiedener Solarzellenarten erwartet, die auf verschiedene Absorptionsbereiche des Sonnenspektrums spezialisiert sind. Bisher erwies es sich als sehr schwierig, ein passendes Hochband-Material für die Kombination mit CIGS als Basiszelle zu finden. Dies scheint nun mit den neu aufgekommenen Perowskit-Solarzellen in Reichweite zu rücken. In nur 4 Jahren konnte diese Solarzellenklasse einen rasanten Anstieg in der Effizienz auf mittlerweile mehr als 20 % verzeichnen. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, das Potential, aber auch die fundamentalen Aspekte neuer Perowskit-Solarzellen in Einzelzellen und in ihrer Anwendung in Tandemzellen zusammen mit CIGS-Basis-Zellen auszuloten, um die Effizienzen jenseits der Werte der Einzelzellen anzuheben. Das Projekt vereint vier starke Partner: ZSW und MDO gehören zu den erfahrensten und erfolgreichsten Forschungsgruppen auf den Gebieten der CIGS- bzw. Perowskite-Forschung, während MHA und KIT eine weitreichende Expertise in der Analyse von Halbleitern und Solarzellen beisteuern. Ausgehend von der Entwicklung neuer Perowskitmaterialien und der Optimierung der Einzelzellen werden neue Zellarchitekturen und Kontaktschichten evaluiert und schließlich in sowohl mechanisch gestapelten als auch in monolithisch integrierten Tandemzellen integriert. Damit soll die Effizienz im Vergleich zu den Einzelzellen deutlich gesteigert werden.
Zwei aktuell sehr vielversprechende Solarzellenarten basieren auf Dünnschichttechnologien. Im Speziellen übertrifft Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) mit einer Effizienz von größer 21 % bereits multikristallines Si mit der Aussicht auf weitere Kostenreduktion. Ein größerer Sprung in Effizienz und daher eine zusätzliche Kostenersparnis wird durch die Tandem-Kombination verschiedener Solarzellenarten erwartet, die auf verschiedene Absorptionsbereiche des Sonnenspektrums spezialisiert sind. Bisher erwies es sich als sehr schwierig, ein passendes Hochband-Material für die Kombination mit CIGS als Basiszelle zu finden. Dies scheint nun mit den neu aufgekommenen Perowskit-Solarzellen in Reichweite zu rücken. In nur 4 Jahren konnte diese Solarzellenklasse einen rasanten Anstieg in der Effizienz auf mittlerweile mehr als 20 % verzeichnen. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, das Potential, aber auch die fundamentalen Aspekte neuer Perowskit-Solarzellen in Einzelzellen und in ihrer Anwendung in Tandemzellen zusammen mit CIGS-Basis-Zellen auszuloten, um die Effizienzen jenseits der Werte der Einzelzellen anzuheben. Ausgehend von der Entwicklung neuer Perowskitmaterialien und der Optimierung der Einzelzellen werden neue Zellarchitekturen und Kontaktschichten evaluiert und schließlich in sowohl mechanisch gestapelten als auch in monolithisch integrierten Tandemzellen integriert. Damit soll die Effizienz im Vergleich zu den Einzelzellen deutlich gesteigert werden.
Das Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung optisch anregbarer, katalytisch aktiver Metallnanopartikel und Methoden zur Funktionalisierung von transparenten porösen Katalysatorträgern mit diesen Partikeln. Diese Träger erlauben bei geeigneter optischer Anregung eine optisch beeinflussbare (schaltbare) Katalyse, bei der ein Teil der sonst notwendigen thermischen Aktivierungsenergie konventioneller Katalysatoren gespart werden kann. Die optischen Anregungsbedingungen seitens der Lichtquelle (Wellenlänge, Leistung) und Partikel (Absorptionsspektrum) müssen aufeinander abgestimmt werdenund Licht-geometrischen Randbedingungen der geplanten Anwendung als lichtgetriebenes Katalysatorsystem genügen. Der Nachweis der photokatalytischen Aktivität sowie der Umsetzung dieses Konzeptes erfolgt in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern. Der Arbeitsplan beinhaltet theoretische Arbeitspunkte (Simulationen zum spektralen Verhalten der Metallpartikel, Simulation der Lichtintensitäten und Design derUV-Lichtquellen) sowie präparative und messtechnische Arbeiten (Entwicklung der Partikel (insbesondere Pt, Pd und Au von 30 bis 50 nm Größe), deren strukturelle und spektrale Charakterisierung, ihr Dispergierungsverhalten, die Anbindung bzw. Infiltration der Partikel an den porösen Glasträgern und deren spektrales Verhalten, u.a.). Es sind zwei Meilensteine zum Nachweis des lichtgetriebenen, katalytischen Effekts und zur Herstellung der Partikel mit einem Resonanzmaximum bei 300-380 nm geplant.
Aufgabenstellung: Für die Festlegung der Kronenhöhe von Seedeichen gegen Wellenüberlauf ist neben dem maßgebenden Bemessungswasserstand die Wellenauflaufhöhe zu berücksichtigen. Diese ist im wesentlichen vom angreifenden Seegang und der Geometrie des Deiches abhängig. Dabei haben beim Seegang neben den signifikanten Parametern Wellenhöhe und Wellenperiode die Wellenangriffsrichtung, die Form der Wellenspektren bzw. die statistische Verteilung der Parameter einzelner Wellen und die Vorwellen einen Einfluss auf die Wellenauflaufhöhen, als deren signifikanter Wert üblicherweise der nur von 2 Prozent aller Wellen überschrittene charakteristische Wert z 98 gewählt wird. Auf der Grundlage des derzeitigen Wissensstandes bestehen noch Unsicherheiten über den Einfluss der Wellenangriffsrichtung auf die Wellenauflaufhöhe an typischen flachgeneigten Deichprofilen bei verschiedenen Seegangsformen (kurzkämmig, langkämmig, regelmäßig) und Wellenspektren (theoretische Spektren, Naturspektren). Diese Unsicherheiten liegen z.T. an den Streuungen der Messungen in den hydraulischen Modellen (Wellenbecken) und in der Natur. Im Rahmen des BMBF-Forschungsvorhabens Schräger Wellenauflauf an Seedeichen soll ein Schwerpunkt der Untersuchungen auf der ausreichend exakten Ermittlung der Eingangsparameter (Wellenspektrum, Statistik hoher Wellen) und der Wellenauflaufhöhe unter Reduktion bzw. Berücksichtigung von Modelleffekten (parasitäre Wellen, Art der Wellengenerierung, Art der Wellenauflaufmessung) liegen. Durchführung: Der Forschungsantrag geht auf eine Initiative des KFKI zurück.. Da aus den bisher vorliegenden Veröffentlichungen im Schrifttum insbesondere nicht zuverlässig hervorgeht, inwieweit die Veränderung der Wellenauflaufhöhen mit der Wellenanlaufrichtung von der Seegangsform (kurzkämmig, langkämmig) abhängig ist, soll dies zunächst durch vergleichende Untersuchungen grundsätzlich geklärt werden. Dazu wurden in der ersten Projektphase (Januar bis Dezember 2000) im wesentlichen Grundsatzuntersuchungen zum Einfluss der Richtungseigenschaften des Seegangs im Wellenbecken des NRC, Kanada, in dem die Erzeugung auch von kurzkämmigem Seegang möglich ist, durchgeführt. In der zweiten Projektphase (Januar 2001 bis Juni 2002) sollen im Wellenbecken in Hannover umfangreicheren Versuche (bezüglich der Deichformen und Seegangsspektren) mit langkämmigem Seegang durchgeführt werden. Ergebnisse: Hauptziel der Untersuchungen der ersten Projektphase war es, die Auswirkungen der Wellenangriffsrichtung auf den Wellenauflauf systematisch zu untersuchen und durch Wellenüberlaufmessungen zu ergänzen. Auf der Grundlage der Modellversuche und der Versuchsauswertung sollen die bestehenden Bemessungsansätze für die Berücksichtigung der Wellenangriffsrichtung in der Wellenauflaufermittlung verifiziert und erweitert werden. Neben der Auswirkung der Wellenanlaufrichtung auf die Wellenauflaufhöhe soll auch die flächenmäßige Ausdehnung des Wellenauflaufs berücksichtigt werden.
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