Unser Verständnis des atmosphärischen Wasserkreislaufs ist von grundlegender Bedeutung für die Modellierung von Wetter und Klima. Gerade Prozesse der atmosphärischen Grenzschicht und der Wolkenmikrophysik müssen besser verstanden werden, wozu es insbesondere Beobachtungen der vertikalen Wasserdampfverteilung und der Kondensatlast der Wolken bedarf. Dies ist besonders für klimasensitive Gebiete mit wenigen Beobachtungen wie der Arktis oder anderen Wüstenregionen von großer Bedeutung.Kürzlich wurde die Methode des Differential-Absorptions-Radar (DAR) vorgeschlagen, um die Lücke bei der Messung des Wasserdampfs in Wolken zu schließen. Erste bodengestützte Testmessungen als Proxy für zukünftige Weltraummissionen der NASA wurden durchgeführt. DAR nutzt die differentielle Absorption an der 183-GHz-Wasserdampflinie, dem sogenannten G-Band, das bisher nicht für die Atmosphärenforschung genutzt wurde. Theoretische Arbeiten der Antragsteller zeigen den großen Nutzen von DAR auch für boden- und flugzeuggestützte Messungen. Unser besonderes Interesse gilt der Arktis, wo Feuchtigkeitsinversionen und Mischphasenwolken besondere Herausforderungen darstellen. Die von uns geplante erstmalige Anwendung von DAR vom Flugzeug in der Arktis wird neue Erkenntnisse über die Wasserdampfverteilung, aber auch über Mischphasenwolken ermöglichen, insbesondere in Kombination mit Radarmessungen bei weiteren Frequenzen. Mehrfrequenz-Radarmessungen erlauben es verschiedene Hydrometeoreigenschaften aufzudecken, aber die Einbeziehung des G-Bandes in die übliche Kombination von X-, K- und W-Band steckt noch in den Kinderschuhen. Daher streben wir ein Instrument mit voller Dopplerfähigkeit an, das zum ersten Mal solche bodengestützten Messungen ermöglicht, um das Verständnis der mikrophysikalischen Prozesse in Wolken zu verbessern. Die Mikrowellenfernerkundung ist eine Schlüsselkompetenz der Universität zu Köln, die neue Techniken entwickelt, boden- und flugzeuggestützte Instrumente in verschiedenen Regionen betreibt und die Messungen auch in Zusammenarbeit mit internationalen Gruppen auswertet. Wir planen, das neue G-band Radar for Water vapor profiling and Arctic Clouds (GRaWAC) an Bord des Polar 5-Flugzeugs und an der AWIPEV-Forschungsstation in Ny-Ålesund, Spitzbergen, als Teil des Transregionalen Sonderforschungsbereichs TR172 'Arctic Amplification' einzusetzen. Auf diese Weise soll das Instrument eine Schlüsselkomponente für die dritte Phase des TR172 werden. Darüber hinaus planen wir, das Instrument am Jülich ObservatorY for Cloud Evolution (JOYCE) einzusetzen, das Teil der europäischen Forschungsinfrastruktur für Aerosole, Wolken und Spurengase (ACTRIS) ist, um den vollen Nutzen von Sensorsynergien an einem typischen Standort in den mittleren Breiten zu untersuchen und auf diese Weise die nächste Generation von bodengestützten Überwachungssystemen vorzubereiten.
Zur Simulation des Wassertransports in der ungesättigten Bodenzone müssen die Wasserkapazität und die ungesättigte Wasserleitfähigkeit K als parametrische Funktion des Matrixpotentials h oder des Wassergehaltes q beschrieben werden. Die heute eingesetzten Funktionstypen für K(h) basieren entweder auf einfachen empirischen Beschreibungen oder auf Porenbündelmodellen. Allen Beschreibungen ist gemein, dass sie im stark ungesättigten Bereich einen approximativ linearen Abfall von log(K) gegen log(h) beschreiben. Unsere eigenen Messungen sowie in der Literatur dokumentierte Daten zeigen häufig eine systematische Fehlerhaftigkeit dieses Funktionsansatzes, welche insbesondere bei der Simulation von Austrocknungsvorgängen im Boden zum Versagen des Modells führt. Dieser Befund steht in Übereinstimmung mit theoretischen Überlegungen von Tuller und Or (2001). Diese postulieren, dass neben den kapillaren Fluss auch ein Wasserfluss als Film an Matrixoberflächen stattfindet. Nach der Teilentleerung der Kapillaren übernimmt dieser Filmfluss dem Hauptanteil am Gesamtfluss. Dies führt im stärker ungesättigten Bereich zu einem wesentlich schwächeren Abfall der hydraulischen Leitfähigkeit, als dies die bisher verwendeten Funktionen abbilden. Aufgrund seiner Komplexität und hohen Zahl von Modellparametern ist das Tuller-und-Or-Modell nicht praktikabel und wird in Simulationsmodellen entsprechend bis heute nicht eingesetzt. Im Rahmen unserer Studien zur inversen Simulation von Verdunstungsexperimenten haben wir ein sehr einfaches parametrisches Modell gefunden, das zur Lösung dieses Problems beitragen könnte. Im beantragten Vorhaben wollen wir anhand eigener Labormessungen mit unterschiedlichen Substraten sowie einer ausgedehnten Literaturrecherche die generelle Eignung dieses Modells überprüfen. Im Falle eines Erfolges könnten diese Arbeiten weitreichende Auswirkungen für die Simulation des Wassertransports in austrocknenden Böden haben.
Zyklonen, die von der Barents- und Groenlandsee auf das arktische Meereis ziehen, transportieren auf ihrer Vorderseite und mit ihren Fronten warme und feuchte Luft vom Ozean auf das Eis. Dabei wird die stabile, wolkenlose Grenzschicht der ungestoerten arktischen Atmosphaere modifiziert und durch eine ebenfalls stabile, aber bewoelkte Grenzschicht ersetzt. Die Aenderungen der vertikalen Struktur und Bewoelkung, der turbulenten Transporte, der Energiebilanz an der Eisoberflaeche und des Energie- und Impulshaushaltes der atmosphaerischen Grenzschicht beim Durchzug von Zyklonen und Fronten sollen mit Hilfe von Flugzeug- und Bodenmessungen ueber dem Meereis um Spitzbergen im Spaetwinter 1998 untersucht werden. Parallel dazu wird eine Statistik von Zyklonen und Fronten fuer den zum Atlantik offenen Sektor der Arktis angefertigt, um die Relevanz von Zyklonen fuer das Klima der Arktis abzuschaetzen.
Le reseau ANETZ actuel a ete mis en service il y a plus de 25 ans. Le projet ANETZneu, essentiellement technique, veut adapter les reseaux de mesure au sol de MeteoSuisse aux besoins actuels et futurs des utilisateurs tout en garantissant la continuite des series de mesure et en optimalisant les couts d'exploitation. La realisation d'un reseau de cameras fait egalement partie du projet. Description succincte: assainissement et modernisation du reseau de mesure ANETZ. Objectifs du projet: satisfaction des utilisateurs de donnees, adaptation aux exigences futures, maitrise des couts. (FRA)
Die in diesem Projekt seit September 1992 durchgefuehrten Arbeiten befassen sich mit der Fourier-Transform-Infrarot-Emissions-Spektroskopie als einer potentiellen Messmethode zur direkten Quantifizierung des Schadstoffausstosses von Strahltriebwerken in allen Hoehenbereichen. Die vorrangigen Ziele waren, die potentiellen Anwendungsmoeglichkeiten dieses kontaktlosen Multikomponentenverfahrens, die nachweisbaren Komponenten im Abgas, deren Nachweisgrenzen und die Genauigkeit des Gesamtsystems, zunaechst aus Bodenmessungen und spaeter moeglicherweise im Flug, zu bestimmen. Langfristig ist die Validierung existierender Rechenmodelle der Triebwerksemissionen und/oder die Entwicklung geeigneter Verfahren zur Umrechnung bodengebundener Emissionsmessungen auf Flugbedingungen fuer die Verwendung in Emissionskatastern geplant. Ausgehend von ersten Testmessungen, die die prinzipielle Anwendbarkeit eines solchen Systems zeigten, wurden geeignete Spektralbereiche zur Auswertung moeglichst vieler Komponenten im Abgas ausgewaehlt und parallel dazu ein Computerprogramm zur Interpretation der gemessenen Emissionsspektren (Mehrschichten-Strahlungstransportmodell) entwickelt.