Niederschlag ist eine wichtige Komponente des hydrologischen Kreislaufs. Um zu verstehen, wie sich der Wasserhaushalt in einem sich erwärmenden Klima verändert, ist ein umfassendes Verständnis der Niederschlagsbildungsprozesse erforderlich. In den mittleren Breiten wird der meiste Niederschlag unter Beteiligung der Eisphase in Mischphasenwolken erzeugt, aber die genauen Interaktionen zwischen Eis, flüssigem Wasser, Wolkendynamik, orografischem Antrieb und Aerosolpartikeln während der Eis-, Schnee- und Regenbildung sind nicht gut verstanden. Dies gilt insbesondere für Bereifungs- und Sekundäre Eisproduktion (SIP) Prozesse, die mit den größten quantitative Unsicherheiten in Bezug auf die Schneefallbildung verbunden sind. Die Lücken in unserem Verständnis von SIP- und Bereifungsprozesse zu schließen, ist vor allem für Gebirgsregionen entscheidend, die besonders anfällig für Änderungen des Niederschlags und des Wasserhaushalts, wie z.B. des Verhältnisses zwischen Regen und Schneefall, sind. In diesem Antrag wird ein Forschungsprojekt vorgeschlagen, das sich dem Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Terrain widmet. Dazu werden wir ein innovatives, simultan sendendes und simultan empfangendes (STSR), scannendes W-Band-Wolkenradar zusammen mit einer neuartigen In-situ-Schneefallkamera eine ganze Wintersaison lang in den Rocky Mountains von Colorado, USA betreiben. Die Instrumente werden Teil der Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Surface Atmosphere Integrated Field Laboratory (SAIL) Kampagne sein, bei der ein Ka-Band und ein X-Band Radar eingesetzt werden. Durch die Kombination von spektralen polarimetrischen und Multifrequenz-Doppler-Radarbeobachtungen mit empirischen und Bayes'schen Machine Learning Verfahren werden wir Bereifungs- und SIP-Ereignisse identifizieren und deren Einfluss auf die Schneefallrate quantifizieren. Dies erfordert die Erweiterung des Passive and Active Microwave radiative TRAnsfer Modells (PAMTRA) mit zusätzlichen polarimetrischen Variablen und modernsten Berechnungen von Streueigenschaften. Durch die Nutzung der umfangreichen kollokierten Messungen während SAIL wird es ermöglicht, die beobachteten Prozessraten mit Umweltbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Flüssigwasserpfad sowie mit der Wolkendynamik in Beziehung zu setzen. Darüber hinaus werden wir einen besonderen Fokus auf den Einfluss von vertikalen Luftbewegungen legen, die unter orographischen Bedingungen häufig auftreten. Zusammengenommen wird das vorgeschlagene Projekt unser Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Gelände verbessern.
Die Bereifung (riming) ist ein Prozess, der unterkühlte Wassertröpfchen effizient in Eis umwandelt. Dieser Prozess hat daher einen signifikanten Einfluss auf die Bildung und Entwicklung von Niederschlag. Bereifung ist mit Fernerkundungsmethoden schwierig zu identifizieren und quantifizieren, und wird in Modellen noch unzureichend parametrisiert. Typischerweise werden nur intensive Bereifungsprozesse in Form von Graupel in Beobachtungs- und Modellstudien berücksichtigt Um ein besseres Verständnis über den Bereifungsprozess zu erhalten, werden in PROM-POMODORI operationelle polarimetrische Messungen aus dem C-Band Wetterradarverbund des DWD mit operationellen DWD ICON-D2 Wettervorhersagen und vertikalen Doppler-Messungen aus den hochauflösenden Wolkenradarmessungen aus JOYCE (Jülich) und vom Meteorologischen Institut der Ludwig-Maximilians-Universität in München, und auch von dem C-Band-Radarverbunds kombiniert. Aus vertikal sondierenden Doppler-Radarmessungen wird über die Fallgeschwindigkeit der Eispartikel der Bereifungsgrad quantifiziert. Der Bereifungsgrad auf Basis der JOYCE Wolkenradardaten wird dann mit den polarimetrischen Messungen aus dem Radarverbund und dem thermo(dynamischen) ICON-D2 Vorhersagen über ein maschinelles Lernverfahren korreliert. In dem man faktisch die Information aus (lokalen) Bereifungs-Retrievals von Doppler-Radarmessungen auf die räumlichen polarimetrischen und thermodynamischen Messfelder überträgt, wird die räumliche Variabilität der Bereifung in Niederschlagswolken für typische Niederschlagssituationen in Teilen Süddeutschlands untersucht. PROM-POMODORI wird die identifizierte Variabilität der Bereifung in Bezug zur ICON-D2-Gitterauflösung betrachten, und dabei untersuchen, wie significant die sub-skalige Bereifungsvariabilität ist. Darüber hinaus wird in PROM-POMODORI untersucht, ob die Güte des Bereifungs-Retrivals genutzt werden könnte, um als Indikator für kritische Flugzeug-Vereisungssituation zu dienen. Dabei werden die Retrieval-Ergebnisse, mit dem DWD ADWICE System verglichen, welches für die Luftfahrt Karten über Regionen mit potentiell kritischem Vereisungspotential zu Verfügung stellt.
Die atmosphärische Grenzschicht spielt eine entscheidende Rolle für die bodennahe Wettervorhersage und die Entstehung von Wolken und Niederschlag. Zur Bestimmung des Anfangszustands der Grenzschicht werden aber bisher nur wenige Beobachtungen genutzt, im Wesentlichen Radiosondenaufstiege (meist nur alle 12 Stunden verfügbar), und an den Flughäfen die von Verkehrsflugzeugen gemessenen Profile von Temperatur und Wind. Aber gerade für die modernen hochaufgelösten Modelle für die Kurzfristvorhersage kann eine realistische Initialisierung der vertikalen Schichtung und Stabilität in der Grenzschicht entscheidend sein. Bodengebundene Fernerkundungsgeräte liefern hochfrequente Profile der thermodynamischen Variablen in der Grenzschicht. Bisher gibt es jedoch keine konkreten Strategien, wie diese Daten optimal für die numerische Wettervorhersage (NWP) genutzt werden können, da die Entwicklung von bezahlbaren Geräten durch kommerzielle Hersteller erst in den letzten Jahren stattgefunden hat. Auch viele Prozesse der atmosphärischen Grenzschicht sind bis heute noch nicht vollständig verstanden, insbesondere Prozesse in der stabilen Grenzschicht, der Einfluss von orographischen Effekten, Schwerewellen, thermischen Zirkulationen und Heterogenitäten der Erdoberfläche. Daher ist die Modellierung von subskaligen Grenzschicht-Prozessen oftmals fehlerbehaftet.Aus dieser Motivation heraus sollen in dem Projekt zweierlei Ziele realisiert werden:In einer ersten Phase soll das Potential von boden-basierten Fernerkundungsgeräten (Mikrowellenradiometer und Doppler-Lidar) den Anfangszustand und darauf folgende Vorhersagen der Grenzschicht in Atmosphärenmodellen zu verbessern, untersucht werden, inklusive der Entwicklung einer optimalen Assimilations-Strategie. Wir wollen zeigen, dass die Entwicklungen der letzten Jahre im Bereich der Datenassimilation (DA) den Ensemble Kalman Filter (EnKF) für die konvektive Saka zu nutzen, es ermöglichen, die für die Grenzschicht typische kleinskalige Strukturen zu erfassen, da der EnKF eine strömungsabhängige Hintergrundkovarianz-Matrix liefert und hoch-frequente Update-Zyklen erlaubt.In einer zweiten Phase planen wir, das enorme Potential dieses erweiterten Systems aus NWP-Modell, DA-System und kontinuierlichen, qualitätsgeprüften Beobachtungen für das Verständnis von Grenzschichtprozessen und deren Simulation zu nutzen. So stellt die Analyse selber einen in sich konsistenten dreidimensionaler Zustand auf der Kilometerskala basierend auf einer optimalen Kombination von Modellvorhersage und Beobachtungen dar. Über die statistische Auswertung der Inkremente, die im Analyseschritt bestimmt werden, um das Modell Richtung Beobachtung zu korrigieren, erhält man wertvolle Informationen über systematische Fehler des Modell und die dazugehörigen Prozesse. Um die Information aufzusplitten in Beiträge verschiedener Prozesse und Parametrisierungen wird der sogenannte ”initial tendency approach“ aus Klocke and Rodwell (2013) angewandt werden.
General Information: The aim of the research proposal is to obtain an on-line process control of liquid gas and water atomization using extended Phase-Doppler-Anemometry(PDA). This will lead to higher quality of the powders and PM-products and an improvement of the production efficiency by the minimization of rejected material. This aim will be reached by fulfilling the following tasks: - Construction and installation of a laboratory measurement system to determine particle velocity, size and concentration seperately for particles of different materials using extended PDA. - Development of a prototype spraying system with integrated PDA - Atomization tests for the evaluation of the parameters. - Modelling of liquid gas and water atomization to obtain data for the development of a closed control loop for the optimization of powders. - Set-up of a closed control-loop in the atomization units and verification. Fulfilling these tasks, it will be possible to realize an on-line control of the melt spraying process, especially for liquid gas and water atomization, where, in some parts of the spray systems, liquid gas or water and molten metal drops will be present simultaneously. This requires a measurement technique, not only for droplet size, velocity and concentration, but also to distinguish between droplet material and atomizing medium (by determining the refractive index of the dispersed phase). The most appropriate measurement technique for this is extended PDA. Achievements: The main aim of the research work has been reached by the development of a process control system for melt atomization. Within reasonable accuracy limits, on-line PDA is able to predict the entire powder size by a single point measurement. Some restriction, such as the applicability of EPDA to LGA only for the low pressure region and the impossibility of PDA measurements in sprays with non-spherical particles are negligible compared to the final success with PDA during IGA. An on-line control for the gas atomization process has been realized, which is, in principle, also applicable for liquid gas and water atomization, where liquefied gas or water droplets are present simultaneously with molten metal droplets or already solidified metal particles. The required measurement technique, not only for droplet size and velocity, but also for the distinction between metal and atomizing medium has been demonstrated by various experiments. Finally, the application of the on-line PDA and the control loop systems has been successfully transferred from a laboratory system to a pilot plant, which works near to industrial conditions.
The aim of this project is to study the dynamics of mixed avalanches with the aid of an advanced Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW), phased array, radar that provides high resolution 2-D animated imaging and velocity data of the avalanche dense core. The instrument to be used in this project improves over early instruments to study geophysical flows by two orders of magnitude in range resolution as well as having other advantages. Geophysical mass flows, such as snow avalanches, are a major hazard in mountainous areas and have a significant impact on the infrastructure, economy and tourism of such regions. Obtaining a thorough understanding of the dynamics of snow avalanches is crucial for the development of numerical models for hazard mapping and for the development of design criteria for infrastructure so that it can withstand avalanche impact. The aim of this project is to study the dynamics of mixed avalanches with the aid of an advanced Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW), phased array, radar that provides high resolution 2-D animated imaging and velocity data of the avalanche dense core. The instrument to be used in this project improves over early instruments to study geophysical flows by two orders of magnitude in range resolution as well as having other advantages. This means that the observations can be directly related to those from other sensors at the Vallée de la Sionne (VDLS) avalanche test site, where the radar is installed. These other observations include air pressure, velocity and density. The synergy gained by combing all these observations has the capability to transform our understanding of a whole class of environmental mass flows; not just avalanches but also pyroclastic flows that contain similar physics. By being able to follow flow features over the whole track we expect the radar data to be of major importance in validating existing theories and developing improved avalanche models.
Weather radars are suitable tools to monitor precipitation characterized by a high spatial and temporal varibility. Dual-polarization Doppler (polarimetric) capabilities offer the opportunity to improve the remote sensing of precipitation, furthering our understanding of the microphysics of precipitation and reducing the uncertainties associated with radar rainfall estimation. For dedicated field campaigns, mobility is a definite advantage for instruments like weather radars. For compacity and cost efficiency, a polarimetric X-band radar appears to be the best approach. Such a radar system will allow us to address issues such as correction of radar measurements for attenuation, snowfall measurement, the analysis of the spatial and temporal structure of precipitation and multisensor estimation of precipitation. Moreover, the mobility of the instrument will make possible an easy deployment to different locations for a variety of experiments in which measuring precipitation is important for hydrological and water resources studies. In this way, the radar system will benefit the large community that needs accurate measurements of precipitation.
Die bisherigen Ergebnisse basierten im wesentlichen auf der Möglichkeit, relativ unbeschränkt am Institut für nukleare Festkörperphysik des Physik-Departments der TU-München in Garching Mössbauerspektren zu erstellen. Als Fe-spezifische Methode ist die Mössbauerspektroskopie für das Vorhaben absolut unverzichtbar. In naher Zukunft wird jedoch der Lehrstuhl in Garching aufgelöst, so daß mössbauerspektrographische Arbeiten nicht mehr möglich sein werden. Herr Dr. Friedl soll daher die Anlage, mit der er sehr vertraut ist, in der kurzen Verlängerung des Vorhabens für die Messung unserer bereits vorliegenden Präparate möglichst intensiv nutzen. Im einzelnen ist geplant, Mössbauerspektren über einen weiteren Temperaturbereich (20-170K) der vor allem durch Kopräzipitation mit DOM und Silikat hergestellten DOM-bzw. Si-Ferrihydrit-Assoziate aufzunehmen. Jede Meßreihe dauert bei 10 Temperaturen ca. 10 Tage. Außerdem wollen wir die BET-Messungen vervollständigen.
Das Projekt erforscht Effekte von Umweltprotest in der Bundesrepublik Deutschland im Zeitverlauf. Dazu werden Häufigkeit und Charakteristika von Umweltprotesten mit Bereichen gegenübergestellt, die von diesen Protesten beeinflusst sein könnten: Medienberichterstattung zur Umweltproblematik, Bevölkerungseinstellungen, umweltrelevantes Handeln der Bevölkerung, politische Initiativen im Deutschen Bundestag, Umweltaktivitäten der Wirtschaft sowie die Situation der Umwelt. Ausgangspunkt dieses Projektes sind vorliegende Protestereignisanalysen, die am Wissenschaftszentrum Berlin durchgeführt wurden, einerseits in dem Projekt 'Transformation of Environmental Activism' und andererseits in dem PRODAT-Projekt (Dokumentation und Analyse von Protestereignissen in der Bundesrepublik Deutschland). Parallel zu diesen Protestzeitreihen werden bestehende Daten zu Dimensionen zusammengestellt werden, auf die Proteste möglicherweise einen Effekt haben. In dieser Längsschnittperspektive müssten sich, auch jenseits der vielfältigen und oft sehr zufälligen lokalen Konfliktkonstellationen, wie sie in Fallstudien betrachtet werden, im Aggregat Effekte zeigen. Genutzt werden wiederholt durchgeführte Bevölkerungsbefragungen (Politbarometer, Eurobarometer, 'Umweltbewusstsein in Deutschland' des Umweltbundesamtes) zur Erfassung von Bevölkerungseinstellungen und -handeln, Bundestagsdrucksachen zu Aktivitäten im Bundestag, elektronische Versionen von Tageszeitungen zur Analyse der Medienberichterstattung, amtliche Statistik für Aktivitäten der Wirtschaft und der Bevölkerung sowie für den Zustand der Umwelt, sowie weitere Quellen, die für eine Sekundäranalyse verfügbar sind.
Im Jahre 1995 wurden mit der Laser-Doppler-Velozimetrie-Messtechnik der Professur Pumpen, Verdichter und Apparate am Entwicklungsversuchsstand des industriellen Auftraggebers umfangreiche Messungen des Geschwindigkeitsfeldes im Laufrad und am Leitrad-Eintritt verschiedener Modell-Kreiselpumpen ausgefuehrt. Es konnten wertvolle Erkenntnisse zur Gueltigkeit des verwendeten Stroemungsberechnungs-Verfahrens gewonnen werden.
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