Niederschlag ist eine wichtige, aber schlecht verstandene Komponente unseres Klimasystems. Die genauen Prozesse, durch die Eiskristalle, flüssiges Wasser, Wolkendynamik und Aerosolpartikel bei der Niederschlagsbildung zusammenwirken, sind nicht ausreichend verstanden. Da überall außer über den subtropischen Ozeanen der meiste Niederschlag in Wolken über die Eisphase gebildet wird, sind die Prozesse der Schneefallbildung nicht nur in den polaren, sondern auch in den mittleren Breiten von großer Bedeutung: Wachstum in übersättigter Luft führt zu unzähligen Kristallformen, die von Temperatur, Feuchtigkeit und deren turbulenten Schwankungen abhängen. Durch Aggregation verbinden sich einzelne Kristalle zu komplexen Schneeflocken. Bereifung beschreibt das Anfrieren kleiner Tröpfchen an den Eiskristallen, so dass diese schnell an Masse gewinnen. Dadurch ist die Form der Schneeteilchen - wenn sie beobachtet wird, bevor das Teilchen zu einem Regentropfen schmilzt - ein Fingerabdruck der vorherrschenden Prozesse während der Schneefallbildung. In EMPOS schlagen wir vor, diese Fingerabdrücke zu nutzen, um zu quantifizieren, wie die verschiedenen Prozesse der Schneefallbildung zu Masse oder Häufigkeit des Gesamtniederschlag beitragen. Zu diesem Zweck werden wir die Datenprodukte des innovativen Video In Situ Snowfall Sensors (VISSS) weiterentwickeln, um Riming und Aggregation während einer speziellen Messkampagne in Hyytiälä, Finnland, zu quantifizieren. Die Beobachtungen werden mit dem ICON-Modell verglichen, in welches das fortschrittliche P3 Mikrophysikschema (Predicted Particle Properties) mit einem neuartigen Ansatz zur Behandlung von bereiften Partikeln implementiert ist. Durch dieses kombinierte Beobachtungs- und Modellierungsprojekt wird es möglich zu quantifizieren, wie die einzelnen Wolkenprozesse an der Schneefallbildung beteiligt sind, und zwar in Bezug auf die Häufigkeit des Auftretens und die Gesamtschneemasse. Darüber hinaus werden wir diese Wolkenprozesse in Abhängigkeit von makrophysikalischen Wolkeneigenschaften wie Wolkentiefe und synoptischen Einflüssen analysieren. Auf der Grundlage von Vergleichen zwischen Modell und Beobachtungen, die sowohl mittels Fallstudien als auch für einen längeren Zeitraum durchgeführt werden, werden wir die Schneefallsimulation in ICON im Standard-Zweimomentenschema und im P3-Mikrophysikschema bewerten und verbessern.
In diesem Projekt sollen gemessene spektrale aktinische UV/VIS-Strahlungsflussdichten von sechs HALO-Missionen verwendet werden, um Strahlungstransportmodell-Vorhersagen zu überprüfen, die auf der Grundlage von Wolkeneigenschaften aus Satellitenbeobachtungen durchgeführt werden. Fünf der HALO-Missionen wurden bereits durchgeführt: TECHNO (2010), NARVAL-I (2014), OMO (2015), EMERGE (2017/2018) und CAFE-Africa (2018), mit einer Gesamtzahl von etwa 75 Forschungsflügen. Zudem sollen die Daten von CAFE-Brazil (2020) in die Auswertung einfließen. Der Hauptzweck der Messungen der aktinischen Strahlungsflussdichten ist die anschließende Berechnung von Photolysefrequenzen, die wichtige Größen in der Photochemie darstellen. Die HALO-Messungen bieten eine seltene Gelegenheit satelliten-gestützte Strahlungstransportmodell-Vorhersagen von Photolysefrequenzen zu überprüfen, da sie hochaufgelöste Stichproben aus verschiedenen Höhen und global verteilten Einsatzgebieten liefern. Zudem wurden während TECHNO, NARVAL und OMO durch einen Missionspartner spektrale Strahldichtemessungen in Nadir-Richtung durchgeführt. Diese Messungen umfassen den gesamten solaren Spektralbereich und bieten daher unabhängige lokale Informationen über Wolken unter dem Flugzeug, was die Interpretation und korrekte Anwendung der verfügbaren Wolkeneigenschaften erleichtern wird. Das Hauptziel des Projektes ist es herauszufinden, ob gemessene und durch ein Strahlungstransportmodell vorhergesagte Photolysefrequenzen durch den Einsatz der Satellitendaten in akzeptable Übereinstimmung gebracht werden können. Sollte dies gelingen, dann könnten auf der Grundlage satellitengestützter Wolkeninformationen nutzer-definierte 3D Felder von Photolysefrequenzen berechnet werden. Diese Felder können genutzt werden, um Vorhersagen von Chemie-Transportmodellen zu überprüfen, oder sie können in zukünftigen Anwendungen direkt in diese Modelle einfließen. Eine entsprechende Fallstudie soll im Rahmen dieses Projektes durchgeführt werden. Davon würden auch zukünftige HALO-Missionen und deren wissenschaftliche Interpretationen profitieren.
Die Erforschung von Artbildungs- und Anpassungsprozessen ist zentral, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert.. Ein idealer Ort für solche Studien ist das Südpolarmeer: Es beherbergt eine reiche und hochgradig endemische Fauna. Neuere Studien zeigen, dass viele benthische Arten aus Gruppen von genetisch distinkten Kladen bestehen, die als früher übersehene Arten pleistozänen Ursprungs interpretiert werden. Diese kryptischen Arten können durch molekulare Methoden (z. B. DNA-Barcoding) und z.T. auch durch morphologische Analysen unterschieden werden. Es wird angenommen, dass die Artbildung per Zufall erfolgte, als ehemals große Populationen während glazialer Maxima in kleinen allopatrischen Refugien isoliert wurden, wo sie starker genetischer Drift ausgesetzt waren. Alternative Artbildungsmodelle wurden bislang wegen fehlender molekularer Methoden kaum erforscht. Studien aus anderen Ökosystemen zeigen, dass ökologische Artbildung, d.h. Aufspaltungsereignisse durch unterschiedliche Selektion, ein naheliegendes alternatives Artbildungsmodell ist. In dem hier vorgestellten Projekt sollen erstmals hochauflösende genomische Methoden zusammen mit morphologischen Analysen benutzt werden, um konkurrierende Artbildungsmodelle für das Südpolarmeer zu testen. Als Fallstudie sollen hierfür Muster genetischer Drift und Selektion in einer besonders erfolgreichen Gruppe benthischer Arten des Südpolarmeeres untersucht werden, den Asselspinnen (Pycnogonida). Aufbauend auf vorangehenden Studien sollen genomische Muster neutraler und nicht neutraler Marker bei zwei Artkomplexen untersucht werden: Colossendeis megalonyx und Pallenopsis patagonica. Diese beiden Artkomplexe von Asselspinnen sind aufgrund mehrerer Merkmale hervorragende Modelle für die Themen dieses Antrages: 1) Es existieren zahlreiche genetisch divergente kryptische Arten, 2) erste morphologische Unterschiede wurden gefunden, 3) die weite Verbreitung der Vertreter sowohl auf dem antarktischen Kontinentalschelf als auch in weniger von den Vereisungen betroffenen subantarktischen Regionen, 4) ihre geringe Mobilität. Sollte eine durch genetische Drift bedingte allopatrische Artbildung in glazialen Refugialpopulationen der Hauptantrieb der Evolution sein, ist zu erwarten, dass Zufallsfixierung neutraler Allele und Signaturen von Populations-Bottlenecks in stark vereisten Gebieten am höchsten sind. Wenn andererseits natürliche Selektion der Hauptantrieb der Artbildung war, so sind starke Signaturen von Selektion auf Geno- und Phänotyp zu erwarten. Diese sollte am stärksten bei sympatrischen Arten sein (Kontrastverstärkung). Die Variation entlang von Genomen soll untersucht werden, um das Ausmaß zufälliger bzw. nicht zufälliger Variation einzuschätzen. Das vorgeschlagene Projekt wird ein wichtiger erster Schritt einer systematischen Erforschung der relativen Bedeutung von genetischer Drift und Selektion für die Evolution im Südpolarmeer sein.
Wie verändert sich organisierte Gewalt in Reaktion auf einen Frontier-Habitus, der mit einer sozialökologischen Transformation einhergeht? Das Projekt bearbeitet diese Frage in Nordkenia durch a) eine quantitative Bestandsaufnahme von Gewaltereignissen und Konfliktlösungen, b) eine qualitative Analyse von zukunftsgerichteten Ansprüchen, die sich im Frontier-Habitus diskursiv oder gewaltsam ausrücken, und lokalen Widerstandsformen gegen Landnutzungsänderungen, c) Fallstudien zu Formationen organisierter Gewalt, die in Verbindung mit drei Arten großflächigen Landnutzungswandels stehen.