Verschiedene atmosphärische Prozesse werden durch die Wasseraufnahmefähigkeit (Hygroskopizität) von Aerosolpartikel angetrieben, wie z.B. die Lichtstreuung der Partikel, die Bildung von Wolkentröpfchen, die Aktivierung von Wolkenkondensationskeimen (CCN), die Veränderung des hydrologischen Zyklus sowie der Strahlungsantrieb der Wolken. Trotz seiner entscheidenden Rolle für die Atmosphäre und das Klima gibt es immer noch eine große Diskrepanz im Wissen über den Beitrag des organischen Aerosols, das einen größeren Teil der Submikrometer-Partikelmassenkonzentration darstellt, zur gesamten Hygroskopizität. Der folgende Projektantrag schlägt einen ganz neuen Ansatz zur Parametrisierung der hygroskopischen Eigenschaften von organischen Aerosolpartikeln vor, der ein chemisches Online-Funktionskonzept verwendet, das auf der Analyse der organischen Massenspektren aus den Messungen des High Resolution-Time of Flight-Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) basiert. Die Entwicklung dieser Parametrisierung wird auf einer Kombination von Humidified Hygroscopic Tandem Differential Analyzer (HTDMA) und HR-ToF-AMS Messungen in einem dualen, aber komplementären Ansatz basieren. Dazu wird ein intensives Laborscreening von chemischen Verbindungen mit gezielten funktionellen Gruppen und einer Mischung aus verschiedenen organischen Standards durchgeführt werden. Gleichzeitig wird ein maschineller Lernansatz auf der Grundlage früherer TROPOS-Feldkampagnen durchgeführt werden, der Messungen beider Instrumente integriert. Ein Vergleich zwischen den beiden Ansätzen wird für die endgültige Validierung in der Studie durchgeführt werden. Diese Parametrisierung wird dann in zwei Feldkampagnen validiert, die jeweils einer bestimmten Art von organischem Aerosol gewidmet sind: eine von biogenem Aerosol dominierte Umgebung in Melpitz (Deutschland) und eine von städtischem Aerosol dominierte Umgebung in SIRTA (Frankreich), wo beide Instrumente im Rahmen dieses Projekts eingesetzt werden sollen. Die Online-Hygroskopizität des Umgebungsaerosols wird durch die Kombination von HR-ToF-AMS (organisches und anorganisches Aerosol) und optischen Messungen des Aethalometers (äquivalenter schwarzer Kohlenstoff) abgeschätzt und dann mit der vom HTDMA gemessenen verglichen. Unter Ausnutzung der Vorteile der hochauflösenden und einheitlichen Massenspektrenauflösung des HR-ToF-AMS und des Vorhandenseins des Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM) an beiden ausgewählten Feldstandorten wird die Methode auch für das ACSM optimiert. Infolgedessen wird eine automatische Routine für beide Instrumente (HR-ToF-AMS und ACSM) entwickelt, die in das ACSM-Netzwerk des Aerosols, Clouds, and Trace gases Research Infrastructure Network (ACTRIS) implementiert wird, um eine einzigartige Möglichkeit für eine zeitnahe und langfristige Messung der Aerosol-Hygroskopizität über Europa zu bieten.
Kalte Gase oder Aerosolwolken in der Atmosphaere koennen schwerer als die Umgebungsluft sein. Die entstehende Bewegung entlang des Bodens soll untersucht werden. Von speziellem Interesse sind die Ausbreitungsgeschwindigkeit sowie die Verduennung der Wolke durch die Vermischung mit der umgebenden Luft (Entrainment). Das Problem stellt sich bei der Verdampfung von verfluessigten Gasen (z.B. Erdgas) oder bei Unfaellen in chemischen Anlagen (z.B.Seveso). Staublawinen und Sandsturmfronten haben aehnliche Ausbreitungscharakteristiken. Am Institut wird ein Kanal aufgebaut (2.0 x 1.6 x 22.0 m), in dem die eindimensionale Ausbreitung ueber einer isolierten Unterlage gemessen werden wird. Damit werden theoretische Modelle ueberprueft und empirische Groessen bestimmt.
Um das Ziel des Gesamtvorhabens, ein robustes, kompaktes Spektrometer-basiertes Fernerkundungssystem das für den mobilen Einsatz, u.a. in einem unbemannten Fluggerät (englisch unmanned avionic vehicle (UAV)) geeignet ist, realisieren zu können, wird wiederum ein kompaktes und robustes Datenauswertungssystem benötigt. Neben der Sicherstellung der Korrektheit der Ergebnisse, müssen dabei bei der Realisierung des Datenauswertungssystems nicht zu vernachlässigende Restriktionen eines UAVs oder anderer mobiler Einheiten wie z.B. Platz- und Energiebedarf berücksichtigt werden. Ein weiteres wichtiges Kriterium das von dem benötigten Auswertungssystem erfüllt werden muss, ist eine möglichst kurze Auswertungszeit der eingehenden Spektrogrammdaten, damit Ergebnisse dem Einsatzteam möglichst schnell zur Verfügung stehen und so eine dementsprechend schnelle Reaktion der Rettungs- und Evakuierungsmannschaften auf die Ausbreitung von Gefahrstoff-Gaswolken gewährleistet werden kann.
The research proposal aims to investigate the radiative energy balance of Venus in the middle and lower atmosphere (90-0 km). Novel retrieval techniques will be applied for this purpose that facilitate a derivation of improved models of atmospheric temperature fields, cloud features, and trace gas distributions.The proposed work is based on analyses of radiation measurement data that were recorded by the Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) aboard ESA's Venus-Express mission in the near-infrared spectral region. As supplement to the database for the thermal infrared region, it is also intended to use Fourier spectrometer measurements aboard the Russian Venera-15 experiment (1983). The applicant is/was involved in the two experiments as Co-Investigator and has unrestricted data access. The methods for derivation of improved atmospheric models will simultaneously utilize various transparency windows on the nightside of the planet (multi-window use) that yield information on atmospheric features in the altitude range 0-90 km. New and in preparatory work developed and verified radiative transfer models will be employed for this purpose that consider the extreme environmental conditions of the dense lower atmosphere and that clearly differ from conventional models. Novel retrieval methods, which are based hereupon and which have been already successfully verified to some extent, will allow for the simultaneous use of a large number of spectra (multi-spectrum use). They are able to separate influences of the atmospheric parameters temperature, cloud, and trace gas distribution on measured spectra, and to quantify the parameters themselves. Beyond that, these techniques shall facilitate for the first time the determination of wavelength-dependent atmospheric continuum absorption, the strong influence of which on the atmospheric transparency windows was not sufficiently considered by currently available models. The accuracy of retrieved atmospheric parameters can be substantially enhanced thereby. This Venus research project combines the utilization of the best ever available remote sensing data archive with the adaptation of novel sophisticated analysis methods to retrieve atmospheric state parameters. Derived multi-dimensional parameter maps will be subsequently used to calculate location and time-dependent net radiation fluxes in the middle and lower atmosphere and to study impacts of possible parameter variations. Altitude-dependent heating and cooling rates resulting from the vertical divergence of net fluxes will provide a new data base for the exploration of dynamical processes and global circulation mechanisms.
Convective clouds may cause serious economic damage due to gusty winds, heavy showers and precipitation which partly may include hail or graupel and thunderstorms. The dynamics and vigor of these distinct weather events are determined by microphysical processes in the course of the cloud and precipitation formation which can be modified by aerosol particles and interactions with atmospheric radiation. Furthermore, convective clouds profoundly process and redistribute trace gases and aerosol particles due to vertical transport and entrainment or detrainment. To study these interactions between trace gases, aerosol particles, the cloud and precipitation formation, and atmospheric radiation in extra-tropical convective clouds the HALO demo mission 'Aerosol, Cloud, Precipitation, and Radiation Interactions and Dynamics of Extra-Tropical Convective Cloud Systems (ACRIDICON)' was proposed. ACRIDICON contributes to two foci of the SPP 1294: 'Clouds and Precipitation' and 'Transport and Dynamics in the Troposphere and Lower Stratosphere'. The present proposal is mainly to organize and manage ACRIDICON and to partly contribute to the data analysis and evaluation of radiation measurements collected during this HALO demo mission.
Accurate satellite retrieval algorithms are needed to study long-term trends in trace gas abundances related to climate change. The main aim of this project is to develop improved aerosol and cloud retrieval algorithms in order to get more accurate SCIAMACHY trace gas retrievals. The results will contribute to a better understanding of aerosol and cloud properties and their changes on a global scale. This will be achieved by utilising the synergetic data from the optical instruments onboard ENVIronmental SATellite (ENVISAT), launched by the European Space Agency (ESA) on March 1st, 2002. The data of Advanced Along-Track Scanning Radiometer (AATSR), Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS), and SCIAMACHY, all of which measure the same ground scene, will be used. The three instruments continue to have excellent performance and have already generated more than five years of data. Compared to just one single instrument, combined data from these optical instruments having different spatial resolutions, observation modes, spectral resolutions and spectral bands characterize aerosol, cloud, and trace gas properties to a much better degree. In this project, a new validation and testing strategy based on extended realistic simulated satellite scenes will be followed.
Ziel des F+E-Vorhabens ist die Untersuchung von physikalisch-chemischen Prozessen, die sich in den Wolken und deren Umfeld in der freien Atmosphaere abspielen. Voraussetzung hierfuer ist die Bereitstellung geeigneter Sammel- und Messverfahren. Als Schwerpunkt wird in diesem Vorhaben ein Impaktor-Sammler fuer den Flugzeugeinsatz entwickelt, der die gleichzeitige Probenahme der drei Phasen (Gas, Aerosolpartikel, Tropfen) von Wolken ermoeglicht. Der Sammler wird im Windkanal und Wolkenwindkanal getestet. Die Tests im Flugzeugeinsatz werden gleichzeitig einen Vergleich mit vorhandenen Wolkenwassersammlern erlauben. Parallel dazu werden die bestehenden Chemilumineszenzverfahren fuer H2O2 und S(IV) fuer die On-line-Analyse im Flugzeug weiterentwickelt und im Feldeinsatz getestet. Die Bereitstellung der hier entwickelten Probenahme- und Analyseverfahren sind unabdingbare Voraussetzung fuer die simultane Erfassung von Ausgangs- und Endprodukten in Feldexperimenten zur Untersuchung der Auswirkung von Wolken auf die Schadstoffverteilung in der Atmosphaere.
Die uebergeordnete Zielsetzung unseres Forschungsvorhabens ist es, eine Abschaetzung der Risiken insbesondere neuer chemischer Technologien zu ermoeglichen. Die Risiken sollen sich auf der Grundlage der Versuche besser als bisher bewerten und untereinander vergleichen lassen. Durch experimentelle Untersuchungen soll der Einfluss der Freisetzungsbedingungen auf die Entstehung von Gaswolken geklaert werden. Dabei soll vor allem der Einfluss der Eigenturbulenz auf die Anfangsdurchmischung der Wolke erforscht werden. Es soll auch experimentell untersucht werden, wie sich die Wolkenbildung und deren Ausbreitung bei Freisetzungen in der Chemieanlage verhaelt. Ziel der geplanten Untersuchung ist es, auf der Basis der Versuchsergebnisse den Vorgang der Wolkenentstehung beim Ausstroemen von Gasen durch ein geeignetes Rechenmodell zu beschreiben. Mit Hilfe des Rechenmodells werden genauere Aussagen ueber den Anfangszustand von Wolken innerhalb und ausserhalb von Chemieanlagen festgelegt. Risiken chemisch-technischer Anlagen sind mit derart experimentell abgesicherten Rechenverfahren im voraus quantitativ zu erkennen und lassen sich so besser bewerten.
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