Wolken und Aerosole beeinflussen den Energiehaushalt und den Wasserkreislauf der Erde. Die Wolkenphase – ob eine Wolke aus Wassertröpfchen oder Eispartikeln besteht – beeinflusst den Strahlungseffekt der Wolken, da Wolkentröpfchen zahlreicher und kleiner sind als Eispartikel und daher mehr Sonnenstrahlung reflektieren.Durch die Erwärmung der Erde und der Atmosphäre durch den Klimawandel werden in Mischphasewolken (die aus Wassertröpfchen und Eispartikel bestehen können) Eispartikel teilweise durch Wassertröpfchen ersetzt und die Wolkenalbedo nimmt zu. Das führt zu einer negativen Rückkopplung, der sogenannten Wolkenphasenrückkopplung. Die Stärke dieser Rückkopplung hängt in Klimamodellen von der Repräsentation der Eisnukleation ab. Es wird immer deutlicher, dass die Schwankungsbreite von Klimaprojektionen (+1,8 bis +6,5 K) in der neuen Generation von Klimamodellen stark von der simulierten Wolkenphasenrückkopplung abhängt. Der gesellschaftliche Nutzen einer Verbesserung der Genauigkeit von Klimaprojektionen wird auf über 10 Millionen Millionen US-Dollar geschätzt. Eine bessere Darstellung der Eisbildung im Mischphasenregime in Klimamodellen ist deshalb dringend erforderlich.Aerosole können als Eiskeime, die das Gefrieren von Tröpfchen bewirken, die Häufigkeit von Eiswolken erhöhen und die Wolkenbedeckung und den Wassergehalt verringern. Insbesondere Mineralstaub kontrolliert häufig die Eisbildung in Wolken.In früheren Studien habe ich wichtige Diskrepanzen bezüglich der staubgetriebenen Wolkenvereisung im ECHAM-HAM Klimamodell und Satellitenbeobachtungen identifiziert, die sehr wahrscheinlich auch in anderen Klimamodellen vorhanden sind. Um diese zu beheben, werde ich in ECHAM-HAM Eisprozesse implementieren, die für das staubgetriebene Gefrieren von Wolkentröpfchen relevant sind, aber derzeit noch fehlen: Erstens werde ich eine Nachverfolgung von Eiskeimen implementieren, insbesonders deren Entfernung durch Niederschlagsbildung nach dem Gefrieren von Wolkentröpfchen. Dies sollte die Überschätzung der staubgetriebenen Wolkenvereisung über dem Südpolarmeer im Modell verringern. Zweitens werde ich eine Kategorie für Staub-Eiskeime hinzufügen, die bei Temperaturen unter -35 °C voraktiviert werden. Dies soll zu einem verstärkten Gefrieren von Wolkentröpfchen in Mischphasenwolken führen, was die im Modell gefundene generelle Unterschätzung des staubgetriebenen Gefrierens von Tröpfchen erklären und reduzieren soll. Drittens werde ich das Recycling von Staub-Eiskeimen nach der Sublimation von Eiskristallen implementieren. Dies soll ebenfalls zu einer Verbesserung des Gefrierens von Tröpfchen führen und den im Modell beobachteten Bias zusammen mit den anderen neuen Prozessen beseitigen. Diese neuen Prozesse werden anhand weltraumgestützter Beobachtungen evaluiert und ihre Auswirkungen auf die Wolkenphasenrückkopplung und die Klimasensitivität werden untersucht werden.
Für die Arktis ist ein diskontinuierlicher Albedo Unterschied zwischen hoch reflektierenden Schnee/Eisoberfächen und meist stark absorbierenden Meeresoberflächen typisch. In diesem Teilprojekt wird quantifiziert inwiefern diese Heterogenität der Reflektionseigenschaften der Erdoberfläche (i) den Strahlungsantrieb von Wolken (Erwärmung/Abkühlung), und (ii) die Fernerkundungsprodukte von Wolken und Aerosolpartikeln beeinflussen. Aus diesem Grund werden flugzeuggetragene Messungen und Strahlungstransfermodellierungen vorgeschlagen.
Das Projekt C04 zielt darauf ab, ein Schneedaten-Assimilationsschema für das vollständig gekoppelte Erdsystemmodell zu entwickeln und zu implementieren, das Schnee-Beobachtungen optimal mit Modellsimulationen zusammenführt, um die kontinentalskaligen Schneeschätzungen zu verbessern. Außerdem werden wir die Auswirkungen der verbesserten Schneeschätzungen auf die hydrologischen Prozesse, als auch auf die Atmosphäre, durch den Schnee-Albedo-Effekt und die Bodenfeuchte-Niederschlags-Rückkopplungen untersuchen. Dieses Projekt trägt zur Entwicklung von Assimilationsstrategien auf der Basis von Fernerkundungsdaten bei, um die Schneeschätzungen in vollständig gekoppelten Modellen zu verbessern.
Methoden der Flugzeuggetragenen passiven Fernerkundung mit Hilfe spektraler, solarer und reflektierter Strahldichten werden zur Ableitung der thermodynamischen Phase, der optischen Dicke und des Partikeleffektivradius von Wolken während der HALO Missionen NARVAL-II und NAWDEX angewendet. Insbesondere werden die horizontalen und vertikalen Verteilungen der thermodynamischen Phasen in unterschiedlichen Wolkentypen untersucht. Die Kombination mit anderen HALO-Fernerkundungsinstrumenten einschließlich Radar und Mikrowellensensoren ist geplant. Gleichzeitige Messungen der Wolkenalbedo werden durchgeführt und zur Analyse der Abhängigkeit des Strahlungsantriebs von Wolken-makrophysikalischen und mikrophysikalischen Eigenschaften verwendet. Auf der Basis von breitbandigen und spektralen Strahlungsgrößen dient die gemessene spektrale Wolkenalbedo zur Bewertung von Ergebnissen des ECMWF Integrated Forecast System (IFS). In mehreren Schritten werden 1D und 3D Strahlungstransfermodelle zusammen mit Beobachtungen verwendet, um die Unsicherheiten in der ECMWF-Vorhersage zu identifizieren. Unsicherheiten in Bezug auf das Strahlungsschema und die simulierten Wolkeneigenschaften werden separiert.
Durch Solar Radiation Modification (SRM) kann weder das bisherige Klima konserviert, noch das vorindustrielle Klima wiederhergestellt werden. Es würde ein unvorhersagbares, neues Klima mit erheblichen regionalen Auswirkungen entstehen. In dieser Broschüre werden die Risiken von SRM für Ernährungssicherheit, Gerechtigkeit und echten Klimaschutz erläutert. Die verschiedenen Ansätze und deren Wirkweise werden erklärt. Zudem wird die rechtliche Ausgangslage beschrieben und Bedingungen für eine verantwortliche Governance, einschließlich eines Nicht-Nutzungs-Abkommens, formuliert.
Anpassung an die Folgen des Klimawandels: Strategien zur Reduzierung der UV -Belastung UV -bedingte Erkrankungen, insbesondere Krebserkrankungen, steigen seit Jahrzehnten kontinuierlich an und der Klimawandel verschärft diese Situation noch. Im Rahmen der aktuellen Klimawirkungs- und Risikoanalyse für Deutschland ( KWRA 2021; Teilbericht 5; Handlungsfeld "Menschliche Gesundheit" ) wurde auf Basis der derzeitigen wissenschaftlichen Erkenntnisse für die Klimawirkung " UV -bedingte Gesundheitsschädigungen" darum ein hohes Klimarisiko und ein entsprechend sehr dringendes Handlungserfordernis attestiert. Eine zielgruppenorientierte, nachhaltige und flächendeckende Schaffung und Umsetzung krankheitsvorbeugender (präventiver) Maßnahmen ist dringend geboten. Selbstverständlich zielen diese Maßnahmen nicht darauf ab, UV -Strahlung und damit die Sonne komplett zu meiden. Es geht darum, die Voraussetzungen für einen bewussten Umgang mit Sonne und UV -Strahlung zu schaffen und einen lebbaren UV -Schutz zu ermöglichen. Herausforderung Risikoakzeptanz / Motivation Da UV -Strahlung nicht spürbar ist und darum auch nicht als unmittelbar bedrohlich wahrgenommen wird, mangelt es vielfach am Bewusstsein für das mit UV -Strahlung einhergehende Gesundheitsrisiko und damit an der Motivation, der Gefährdung konsequent entgegenzuwirken. Entsprechend hoch ist der Anspruch an Anpassungsstrategien zur Minimierung des Klimarisikos durch UV -bedingte Gesundheitsschäden. Wirkungsvolle Maßnahmen umfassen Verhaltensprävention und Verhältnisprävention. Die sinnvolle und synergistische Kombination verhaltens- und verhältnispräventiver Maßnahmen erlaubt, den hohen Ansprüchen an die Präventionsarbeit, die die Risikowahrnehmung , die Akzeptanz und die Motivation für präventives Handeln zu stärken hat, gerecht zu werden. Broschüren zum Thema downloaden : zum Download: Praxistipps zum UV-Schutz - Maßnahmen für Kitas und Schulen (PDF, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm) … PDF 2 MB Broschüre Praxistipps zum UV -Schutz - Maßnahmen für Kitas und Schulen downloaden : zum Download: Praxistipps zum UV-Schutz - Maßnahmen für Kommunen (PDF, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm) … PDF 2 MB Broschüre Praxistipps zum UV-Schutz - Maßnahmen für Kommunen downloaden : zum Download: Praxistipps zum UV-Schutz - Maßnahmen für Vereine (PDF, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm) … PDF 2 MB Broschüre Praxistipps zum UV -Schutz - Maßnahmen für Vereine downloaden : zum Download: Handreichung für Aktionen mit kostenloser Sonnencreme in Spendern (PDF, Datei ist barrierefrei⁄barrierearm) … PDF 1 MB Broschüre Handreichung für Aktionen mit kostenloser Sonnencreme in Spendern Anpassungsstrategien zur Minimierung UV -bedingter Erkrankungen Im Rahmen der aktuellen Klimawirkungs- und Risikoanalyse (KWRA 2021) wurden Maßnahmen und Instrumente zur Anpassung in Bezug auf die Klimawirkung " UV -bedingte Gesundheitsschädigungen (insbesondere Hautkrebs)" formuliert. Diese beschlossenen Maßnahmen sind Teil des sogenannten Aktionsplans Anpassung III (APA III) der Deutschen Anpassungsstrategie (DAS). Zu diesen beschlossenen Maßnahmen gehören: die Erstellung und Überprüfung von Informationsmaßnahmen, die auf die einzelnen Bedürfnisse unterschiedlicher Bevölkerungsgruppen zugeschnitten sind, die Entwicklung von Schulungsangeboten für Multiplikatoren wie Ärzt*innen oder Erziehungs- und Lehrkräfte, die Integration des Themas "Schutz vor UV -Strahlung" in Lehr-, Erziehungs- und Ausbildungspläne, die Integration von UV -Belastung in Frühwarnsysteme, die Berücksichtigung der UV -Strahlung als gesundheitsrelevanter Umweltfaktor bei der Einrichtung eines integrierten Umwelt- und Gesundheitsbeobachtungssystems sowie die Entwicklung von frei zugänglichen GIS-basierten Modellierungsprogrammen zur Visualisierung der UV -Strahlungsbelastung für Stadt- und Gebäudeplanung sowie Landschaftsarchitektur, um die sinnvolle Schaffung von Außenbereichen mit reduzierter UV-Strahlungsbelastung zu erleichtern. Nachhaltigkeit ist das Ziel Für alle Maßnahmen ist entscheidend, dass sie nachhaltig gestaltet sind, also dass diese Maßnahmen nach Etablierung stetig eingesetzt, wiederholt, überprüft und in optimierter Form wieder etabliert sowie weiter angewendet werden. Diese Kontinuität ist entscheidend für den Erfolg, der darauf abzielt, dass UV -bedingte Gesundheitsschäden soweit wie möglich reduziert werden. Gelingen soll dies mit der Förderung flächendeckend etablierter verhaltens- und verhältnispräventiver Maßnahmen. Im Aktionsplan Anpassung III (APA III) wurde hierzu unter dem Begriff "weiterreichende Anpassung" folgendes festgelegt: Förderung der flächendeckenden Etablierung verhaltenspräventiver Maßnahmen, unter anderem durch die Entwicklung von Multikomponenten-Programmen (schriftliche, visuelle, elektronische und interpersonelle Kommunikation inklusive Nutzung von Medien (Internetseiten, Social Media, SMS oder Apps) zur Aufklärung über die UV -bedingte Gesundheitsgefährdung und Anwendung entsprechender Schutzmaßnahmen. In der onkologischen S3-Leitlinie "Prävention von Hautkrebs" wird ausgeführt, dass multimediale Ansätze und die Nutzung von Medien für Kinder und Jugendliche bestens zur Informationsweitergabe geeignet sind. Förderung der flächendeckenden Etablierung verhältnispräventiver Maßnahmen auf kommunaler Ebene. Hierzu gehören die Etablierung von Bebauung, bautechnischen Maßnahmen und vor allem Bepflanzung (Bäume, Gebäudebegrünungen und Rasenflächen), die einzeln und in Kombination eine effektive Reduzierung hoher Sonnenstrahlungsbelastungen ermöglichen. Diese sollen verstärkt in Klimaanpassungsstrategien von Bund und Kommunen integriert sein. Insbesondere bei Flächen mit hohem Rückstrahlvermögen soll bei der Bebauung eine gute Verschattung und ggf. Überdachungen mit Verschattungselementen gewährleistet sein. Durch informierte Planung der Tagesabläufe in Kindergärten und Schulen sowie Arbeitsplanung sollen Sonnenstrahlungsbelastungen reduziert werden – so die mit höchster Priorität bewertete Empfehlung der onkologischen S3-Leitlinie "Prävention von Hautkrebs" . Des Weiteren empfiehlt diese Leitlinie, dass in Anbetracht des voranschreitenden Klimawandels bei der Neuanlage oder Umgestaltung von Plätzen (auch Schulhöfen und Kindergärten) oder des Straßenraums auf Oberflächen mit möglichst geringem Rückstrahlvermögen (Albedo) zurückgegriffen werden sollte, und dass zur Reduzierung des Rückstrahlvermögens und zum Zwecke der Verschattung in Siedlungsgebieten der überwiegende Teil aller nicht überbauten Flächen begrünt werden sollte. Aufnahme des Themas als Teilziel der bereits im Rahmen des Präventionsgesetzes formulierten Gesundheitsziele "Gesund aufwachsen" und "Gesund älter werden" und Anpassung baurechtlicher Regelungen. Stand: 05.02.2025
Leuchtende Nachtwolken (NLCs, von engl. Noctilucent clouds) sind optisch dünne Wassereiswolken, die nahe der polaren Sommermesopause bei geographischen Breiten polwärts von etwa 50 Grad auftreten. NLCs wurden in den vergangenen Jahrzehnten intensiv untersucht, insbesondere aufgrund ihrer Rolle als Indikatoren der globalen Veränderung. Langzeitsatellitenmessungen der NLCs mit Hilfe der SBUV/2 Instrumente auf Nimbus-7 und der NOAA-Satellitenreihe zeigen eine signifikante Zunahme der NLC Albedo (DeLand et al., 2007) sowie der NLC Häufigkeit (Shettle et al., 2009). Dieser langfristige Trend wurde durch eine Studie von Stevens et al. (2007) in Frage gestellt, in der die Langzeittrends in SBUV/2 NLC Albedo und der NLC Eismasse bei einer konstanten Lokalzeit untersucht wurden. Erstaunlicherweise führte die ausschließliche Berücksichtigung von Messungen bei konstanter Lokalzeit dazu, dass der Langzeittrend in der NLC Albedo praktisch vollständig verschwand. Diese Ergebnisse suggerieren, dass die veränderlichen Lokalzeiten, die mit der langsamen Veränderung der Orbitparameter der NOAA Satelliten verbunden sind, den scheinbaren Langzeittrend in NLC Albedo und NLC Häufigkeiten in früheren Studien verursachen. Dieser Sachverhalt ist noch immer nicht verstanden, obwohl die Frage nach den tatsächlichen Langzeitvariationen in NLCs von entscheidender Bedeutung für das wissenschaftliche Verständnis des Klimawandels in der mittleren Atmosphäre ist. Das wissenschaftliche Hauptziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es die Ursachen für die oben skizzierten Diskrepanzen zwischen den verschiedenen Analysen der SBUV/2 Daten zu untersuchen, und festzustellen, ob NLC-Parameter einer Langzeitvariation unterliegen oder nicht. Zu diesem Zweck sollen Messungen der europäischen Nadir-Beobachtungsinstrumente GOME und SCIAMACHY zur Bestimmung von NLCs verwendet werden. Nadir-Messungen dieser Satelliteninstrumente sind hervorragend geeignet, um diese wissenschaftliche Fragestellung zu untersuchen, weil die Satelliten sich in Sonnen-synchronen Erdumlaufbahnen befinden, und somit Messungen bei einer bestimmten geographischen Breite stets zur selben Lokalzeit durchführt werden. Da die GOME und SCIAMACHY Nadir-Messungen bisher nicht zur Untersuchung von NLCs verwendet wurden, soll im Rahmen dieses Projekts ein NLC Auswertealgorithmus implementiert und auf den gesamten GOME und SCIAMACHY Datensatz angewandt werden. Die zu bestimmenden NLC Parameter umfassen NLC Albedo, NLC Häufigkeit sowie NLC Eismasse. Die abgeleiteten NLC Datenprodukte werden verwendet, und Sonnenzyklusvariationen und Langzeittrends in NLCs zu quantifizieren, sowie zur Untersuchung der Frage, ob die Langzeittrends in SBUV/2 NLC Messungen durch die veränderlichen Lokalzeiten dieser Satellitenmessungen beeinflusst oder gar maßgeblich verursacht werden.
Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?
Stratosphärisches Sulphataerosol ist von großer Bedeutung für das Klimasystem, weil es solare Strahlung streut und damit die planetare Albedo der Erde erhöht. Es ist außerdem wichtig für die Chemie der Stratosphäre, weil die Aerosolpartikel an der Chloraktivierung - sogar außerhalb der Polarwirbel - sowie bekanntermaßen an der Bildung polarer stratosphärischer Wolken beteiligt sind. Darüber hinaus ist stratosphärisches Aerosol laut dem 5. Sachstandsbericht des Intergovernmental Panel on Climate Change mitverantwortlich für die gegenwärtige Erwärmungspause. Boden-gestützte Lidar-Beobachtungen stellen eine der genauesten Methoden zur Fernerkundung stratosphärischer Aerosole dar. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Forschungsprojekts sollen Lidar-Messungen an 3 unterschiedlichen Orten - die bisher noch nicht zur Untersuchung stratosphärischer Aerosole verwendet wurden - genutzt werden. Die Lidar Systeme werden vom Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik (IAP) e.V. an der Universität Rostock in Kühlungsborn betrieben und befinden sich im ALOMAR Observatorium in Andenes (Norwegen), auf der Davis Forschungsstation (Antarktis), sowie in Kühlungsborn. Zwei der Lidar-Messreihen decken gegenwärtig einen Zeitraum von 20 Jahren ab und die Lidar-Messungen in Alomar werden bei mehreren Wellenlängen durchgeführt, was die Ableitung von Teilchengrößen der stratosphärischen Aerosolpartikel erlaubt. Ein Alleinstellungsmerkmal der Lidar-systeme ist ihre Tageslichtfähigkeit, d.h., die Messungen können nicht nur nachts durchgeführt werden, was erstmals die Messung stratosphärischer Aerosole im polaren Sommer erlaubt. Die Lidar-Rohdaten werden in der ersten Phase des Projekts in vertikale Profile des Rückstreukoeffizienten und/oder der Aerosolextinktion konvertiert. Darüber hinaus werden aus den Mehrfarbenmessungen in ALOMAR Aerosolteilchengrößen bestimmt. In der zweiten Projektphase werden die abgeleiteten Aerosolzeitreihen verwendet, um deren zeitliche Variabilität sowie Langzeittrends über einen Zeitraum von mehr als 20 Jahren zu untersuchen und zu quantifizieren. Hierbei spielen saisonale Variationen, Einflüsse der QBO (Quasi-Biennial-Oscillation) und von Vulkanausbrüchen eine entscheidende Rolle. Die abgeleiteten Aerosolteilchengrößen liefern außerdem dringend benötigte Randbedingungen für die Ableitung der stratosphärischen Aerosolextinktion aus Satellitenmessungen des Horizont-gestreuten Sonnenlichts. Diese Messmethode wurde in der Vergangenheit zur Auswertung verschiedener Satellitendatensätze (z.B. OSIRIS/Odin, SCIAMACHY/Envisat, OMPS-LP/Suomi) verwendet und basiert auf a priori Wissen der Größenverteilung stratosphärischer Aerosole. Die zu erwartenden Ergebnisse liefern wichtige neue Kenntnisse über die Variabilität und Langzeittrends stratosphärischer Aerosolparameter (Extinktion, optische Dichte und Teilchengröße) sowie des Strahlungsantriebs des stratosphärischen Aerosols in mittleren und hohen nördlichen Breiten und über dekadische Zeitskalen.
| Origin | Count |
|---|---|
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