Zwischen Herbst 2008 und Sommer 2010 wurden in den Vogesen und im Schwarzwald insgesamt 152 Quellen zu den verschiedenen Jahreszeiten beprobt. Neben den Quellgewässern sind auch die Böden der Quellgebiete Gegenstand der Untersuchung. Anhand verschiedener physikalischer und chemischer Parameter soll eine Aussage über den Versauerungsgrad der Quellen und der Böden in beiden Gebirgen getroffen werden. Zudem wird angestrebt, Korrelationen zwischen den Boden- und Quellwerten nachzuweisen. Diese Auswertungen dienen als Basis für die Analyse des Zustandes der Tonminerale in den Böden.
Die Anzahl der verfügbaren Wolkenkondensationskerne (CCN) beeinflusst maßgeblich die mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften, wie z.B. die Wolkentropfenanzahlkonzentration (CDNC) und deren Größenverteilung. CDNC und die Tropfengröße steuern sowohl die Strahlungseigenschaften als auch die Lebensdauer von Wolken. Dies wirkt sich komplex auf die Energiebilanz der Erde aus. Aktuelle Klimamodelle basieren häufig auf Annahmen über CCN Anzahlkonzentrationen und andere CCN bezogene Eigenschaften (z.B. Hygroskopizität), da für viele Regionen auf der Erde repräsentative Daten fehlen. Wenn vorhanden, handelt es sich bei diesen CCN Daten um bodengebundene Messungen, welche somit nicht - mit Ausnahme von Bergstationen - in der für Wolkenbildungsprozesse relevanten Höhe durchgeführt wurden. Für die Karibikregion wurde gezeigt, dass die bodengebundenen CCN Messungen für die gesamte marine Grenzschicht repräsentativ zu sein scheinen also auch für die Wolkenbildungsregionen. Im hier vorgeschlagenen Projekt wollen wir überprüfen, ob bodengebundene CCN Messungen auch in anderen Erdregionen repräsentativ sind für die CCN Anzahl in der Wolkenbildungsregion, und wenn ja, unter welchen Bedingungen. Dies würde die Anwendung von CCN Daten in Modellen stark vereinfachen. Dazu wird die Gültigkeit der Beobachtungen in der Karibik, in zwei gegensätzlichen Umgebungen getestet werden, einmal in einer marinen und einmal in einer kontinentalen Umgebung. Die Messkampagne zu marinen CCN soll auf den Azoren (Portugal) durchgeführt werden. Wir werden kontinuierlich verfügbare CCN Daten von der Azoren Eastern Nordatlantik (ENA) Station auf der Insel La Graciosa (auf Meereshöhe) mit Daten von der Bergstation Pico (Pico Island, 2225 m ü.d.M.) kombinieren. Ergänzend werden CCN und CDNC Messungen auf der Helikopter-Messplattform (ACTOS) durchgeführt, um die vertikale Lücke zwischen den Meeresspiegel- und Bergmessungen zu schließen. Die kontinentalen bodengebundenen CCN Messungen werden kontinuierlich an der ACTRIS Station Melpitz durchgeführt. Die vertikale CCN und CDNC Verteilung wird in Melpitz mit Hilfe eines Ballons in mehreren einwöchigen Kampagnen einmal pro Jahreszeit gemessen werden. Darüber hinaus werden wir mit Hilfe der Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsmetrik (ACI) die in der Wolke in-situ gemessen CCN Eigenschaften (das heißt Anzahl und Hygroskopizität) mit den CDNC quantitativ verbinden. Es wird außerdem eine Sensitivitätsstudie mit einem Cloud-Parcel Model durchgeführt, welches durch die realen Messungen in der Atmosphäre angetrieben werden wird. Dies wird einen Einblick in das Übersättigungsregime von frisch gebildeten Wolken gewähren.Die CCN Daten selbst, die Erkenntnisse zu CCN Eigenschaften und ihrer vertikalen Verteilung sowie die quantitative Verbindung zwischen CCN und CDNC werden im Hinblick auf das Verständnis und die Modellierung der Wolkentropfenaktivierung sowie der mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften von außerordentlichem Wert sein.
In Deutschland wird in vielen Städten und Gemeinden das Regenwasser über eine Mischwasserkanalisation zusammen mit dem Abwasser der Haushalte/Kleinindustrien dem Klärwerk zugeführt. Bei Regenereignissen fallen so enorme zusätzliche Wasservolumina im Klärwerk an und müssen - um einen optimalen Betriebszustand beibehalten zu können - im Kanalnetz oder eigens dafür gebauten Rückhaltebecken zwischengespeichert werden. Ökonomischer und - unter dem Aspekt der Grundwasserneubildung - auch ökologischer wäre daher eine direkte Regenwasserversickerung in den Boden vor Ort. Infolge des zunehmenden Straßenverkehrs und anderer Immissionsquellen ist unser Regenwasser heutzutage jedoch nicht frei von Schadstoffen. Dies kann zu einer Belastung des Bodens und des Grundwassers bei der Regenwasserversickerung führen. Deshalb untersucht werden, inwieweit Dachmaterialien als Senke bzw. Quelle für Schadstoffe fungieren können. Bei der unvollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen z.B. Verbindungen aus der Klasse der Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK). Einige dieser Verbindungen sind krebserregend und werden frei oder an (Staub-)Partikel adsorbiert mit dem Niederschlag aus der Atmosphäre ausgewaschen. Deshalb wird innerhalb des Projektes die Konzentration der PAK im Regenwasser und den Dachabläufen unterschiedlicher Dachmaterialien (Tonziegel, Betondachsteine, Dachpappe, Titanzink, Kupfer, usw.) als Funktion der Jahreszeit und Regenintensität bestimmt. Gleichzeitig wird auch der Eintrag von Metallen in den Regenwasserabfluss der ausgewählten Dachmaterialen als eine mögliche Schadstoffquelle untersucht. Die Ergebnisse aus den Modelldachexperimenten werden mit Befunden realer Dachflächen verglichen. Eine Hochrechnung des Eintrages größerer Einzugsgebiete erfolgt durch die Ermittlung der Dachflächen und Materialien z.B. mittels Laserscanning und Hyperspektralaufnahmen.
Das Thermosphären/Ionosphären (T/I) System wird sowohl von oben (solar, geomagnetisch), als auch von unten stark beeinflusst. Einer der wichtigsten Einflüsse von unten sind Wellen (z.B. planetare Wellen, Gezeiten, oder Schwerewellen), die größtenteils in der Troposphäre bzw. an der Tropopause angeregt werden. Die vertikale Ausbreitung der Wellen bewirkt hierbei eine vertikale Kopplung der T/I mit der unteren und mittleren Atmosphäre. Vor allem der Einfluss von Schwerewellen (GW) ist hierbei weitestgehend unverstanden. Einer der Gründe hierfür ist, dass GW sehr kleinskalig sind (einige zehn bis zu wenigen tausend km) - eine Herausforderung, sowohl für Beobachtungen, als auch für Modelle. Wir werden GW Verteilungen in der T/I aus verschiedenen in situ Satelliten-Datensätzen ableiten (z.B., sowohl in Neutral-, als auch in Elektronendichten). Hierfür werden Datensätze der Satelliten(-konstellationen) SWARM, CHAMP, GOCE und GRACE verwendet werden. Es sollen charakteristische globale Verteilungen bestimmt, und die wichtigsten zeitlichen Variationen (z.B. Jahresgang, Halbjahresgang und solarer Zyklus) untersucht werden. Diese GW Verteilungen werden dann mit von den Satelliteninstrumenten HIRDLS und SABER gemessenen Datensätzen (GW Varianzen, GW Impulsflüssen und Windbeschleunigungen durch GW) in der Stratosphäre und Mesosphäre verglichen. Einige Datensätze (CHAMP, GRACE, SABER) sind mehr als 10 Jahre lang. Räumliche und zeitliche Korrelationen zwischen den GW Verteilungen in der T/I (250-500km Höhe) und den GW Verteilungen in der mittleren Atmosphäre (Stratosphäre und Mesosphäre) für den gesamten Höhenbereich 20-100km werden untersucht werden. Diese Korrelationen sollen Aufschluss darüber geben, welche Höhenbereiche und Regionen in der mittleren Atmosphäre den stärksten Einfluss auf die GW Verteilung in der T/I haben. Insbesondere Windbeschleunigungen durch GW, beobachtet von HIRDLS und SABER, können zusätzliche Hinweise darauf geben, ob Sekundär-GW, die mutmaßlich in Gebieten starker GW Dissipation angeregt werden, in entscheidendem Maße zur globalen GW Verteilung in der T/I beitragen. Zusätzlich wird der Versuch unternommen, sowohl GW Impulsfluss, als auch Windbeschleunigungen durch GW aus den Messungen in der T/I abzuleiten. Solche Datensätze sind von besonderem Interesse für einen direkten Vergleich mit von globalen Zirkulationsmodellen simulierten GW Verteilungen in der T/I. Diese werden für eine konsistente Simulation der T/I in Zirkulationsmodellen (GCM) benötigt, stellen dort aber auch eine Hauptunsicherheit dar, da eine Validierung der modellierten GW durch Messungen fehlt.
Im Rahmen dieses Projekt sollen auf der Basis von Erfahrungen mit Rottedeponien (mechanisch-biologische Behandlung vor der Deponierung) in Deutschland, als einem hochindustrialisierten und durchaus kapitalkraeftigen Land, Konzepte fuer weniger kapitalkraeftige Laendern entwickelt werden. Hiermit wird eine oekologisch hoeherwertige Form der Abfallbeseitigung (Rottedeponie) technisch einfach und finanziell tragbarer moeglicht. Das Projekt ist dreiphasig angelegt. Die erste Phase beinhaltet die Sammlung von Informationen und Erfahrungen ueber Rottedeponien fuer Hausmuell und Restmuell in Deutschland sowie Untersuchungen der Abfallzusammensetzung vor Ort im Beispielland. In der zweiten Projektphase wird eine repraesentative und qualifizierte Abfallprobe, entsprechend den in der ersten Projektphase gewonnen erkenntnissen, ueber die Abfallzusammensetzung in diesem Land hergestellt. Diese Abfallprobe wird auf verschiedene Weisen (mit oder ohne Klaerschlammzugabe) in unterschiedlichen Betriebsarten (mechanisch-biologisch im Muellgrossbehaelter unter Luftzufuhr) vor der Endablagerung vorbehandelt. In regelmaessigen Abstaenden werden Gasproben, Sickerwasser und Muellproben untersucht. Nach der mechanisch-biologischen Behandlung wird die behandelte Abfallprobe in der Deponie abgelagert. Die dritte Phase beinhaltet die Auswertung der Versuche und die Untersuchung der Uebertragbarkeit des vorgestellten Modells auf andere Laender. Das angewandte Verfahren stellt sicher, dass ein weitgehend gleichmaessiges, reaktionsaermeres und gut verdichtbares Material zur Ablagerung in der Deponie herstellt wird. Um die klimatischen Faktoren als Einflussparameter erfassen zu koennen, werden die Modellversuche in zwei Durchgaengen (Modellversuch Sommer/Winter) angelegt.
Winterknospen eines Rebtriebs überleben je nach Sorte Temperaturen bis -25 Grad C, während der verholzte Spross selbst schon bei etwa -10 Grad C zu gefrieren beginnt. Die Frostresistenz der Knospen entwickelt sich erst im Laufe des Winters und geht im Frühjahr wieder verloren. Es werden folgende Fragen untersucht: (1) Welcher Temperaturverlauf ist für die Abhärtung optimal (Freiland und Labor); (2) welche Bedingungen führen zu einem Verlust der Abhärtung; (3) mit welchen histologischen und chemischen Änderungen geht die Abhärtung in der Knospe einher. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen bessere Voraussage- und Verhütungsmöglichkeiten für Frostschäden ermöglichen und als Grundlage für geplante Untersuchungen der molekularen Vorgänge während der Abhärtung dienen.
Entlang eines Transektes von der inneren Deutschen Bucht bis zur Doggerbank wird die Variabilität der Makrofaunagemeinschaften auf unterschiedlicher zeitlicher Skala untersucht. Auf 7 Stationen entlang des Transektes wurden schon 1990 Proben genommen. Seit 1995 werden auf 4 von den 7 Stationen kontinuierlich jeweils im Mai Proben genommen. Zusätzlich wurden auf 3 Stationen von Herbst 2000 bis Frühjahr 2002 monatlich Proben genommen, um die saisonale Variabilität zu ermitteln. Die saisonale Variabilität wird primär durch das Recruitment im Frühjahr bestimmt, die langfristige durch extreme Ereignisse wie den kalten Winter 1995/96. Die küstennahen Gemeinschaften unterliegen auf Grund der höheren Fluktuation in den Umweltparamatern wie Temperatur, Schichtung der Wassersäule, Nahrungsverfügbarkeit generell einer stärkeren saisonalen Variabilität als die küstenferneren Gemeinschaften unter stabileren Umweltbedingungen. Klimatisch bedingte Veränderungen in den Gemeinschaften werden nach 2000 deutlich.
Die Ausdehnung des antarktischen Meereises nahm im Laufe der letzten Jahre zu und steht damit im Gegensatz zur Abnahme in der Arktis. Die Gründe hierfür sind Gegenstand aktueller Forschungsprojekte. Wechselwirkungen mit der Atmosphäre und dem Ozean spielen sicherlich eine wesentliche Rolle, aber auch die dicke und heterogene Schneeauflage des Meereises hat einen große Einfluss auf das Meereis und seine Rolle im globalen Klima und Wettergeschehen. Zugleich erschwert die Schneeauflage flugzeug- und satellitenbasierte Messungen über Meereis, da sie die Oberflächeneigenschaften bestimmt und zu großen Unsicherheiten beiträgt. Entsprechend ist eine bessere Kenntnis der Schneeverteilung auf Meereis dringend erforderlich, um Veränderungen besser verstehen und simulieren zu können. Ziel des Projektes ist es die Menge und Verteilung von Schnee auf antarktischem Meereis sowie dessen physikalische Eigenschaften und deren zeitliche Variabilität zu quantifizieren. Die Entwicklung eines neuen und konsistenten Datenprodukts für Schnee auf antarktischem Meereis steht im Vordergrund des Projektes. Dieses soll die hohe Variabilität über unterschiedliche Größenskalen und Jahreszeiten abbilden. Mithilfe dieses Produktes sind wir dann in der Lage Fernerkundungsalgorithmen und Modellsimulationen zu verbessern und zu validieren. Schließlich wird unser Projekt das Gesamtverständnis der Massenbilanz und Dynamik antarktischen Meereises verbessern, und leistet so einen wichtigen Beitrag für die biologische und geochemische Erforschung des eisbedeckten Südozeans. Um diese Ziele zu erreichen, werden hochaufgelöste Modelle betrieben, die durch Feld- und Fernerkundungsdaten von antarktischem Schnee auf Meereis gestützt und geleitet werden. Im Rahmen einer neuen deutsch-schweizer Zusammenarbeit (D-A-CH Programm) werden die Meereisexpertisen aus Feldmessungen und Fernerkundung der deutschen Partner mit der Schneeexpertise aus Feldmessungen und Modellierung der Schweizer Partner kombiniert. Die Projektpartner verfügen über detaillierte Schneemessungen mehrerer erfolgreicher Feldkampagnen auf antarktischem Meereis, die durch autonome Messungen ergänzt werden. Daten der Satelliten AMSR-2, SMOS und CryoSat-2 sind verfügbar und werden genutzt, um neue Algorithmen für die Bestimmung von Schneeeigenschaften auf Meereis zu entwickeln. Diese Algorithmen und daraus resultierende Datensätze werden durch Beobachtungen validiert und verbessert. Durch die Kopplung der numerischen Schneemodelle SNOWPACK und MEMLS werden Schneedicke, -temperatur, -dichte und Mikrowellenemissivität simuliert. Das Projekt ist darauf ausgelegt drei junge Wissenschaftler für Ihre Arbeit in der Meereisforschung zu finanzieren. Zwei erfahrene Post-Doktoranden sind vorgesehen. Beide haben bereits ähnliche Methoden und Datensätze im Rahmen ihren Doktorarbeiten bearbeitet. Ein Doktorand wird dieses Projekt zur Promotion nutzen.
Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.
Wir schlagen vor, den von uns entwickelten Gaschromatographen GhOST-MS (Gas chromatograph for the Observation of tracers - coupled with a mass spectrometer) während der HALO Kampagne WISE einzusetzen um eine breite Palette von Tracern mit unterschiedlichen Lebenszeiten (von fast unendlich wie SF6 bis wenige Wochen, wie CHBr3) in der unteren und untersten Stratosphäre zu messen. Diese Messungen sollen gemeinsam mit den aus den Kampagnen TACTS, SALSA und POLSTRACC vorhandenen Beobachtungen ausgewertet werden. Bei der Auswertung wollen wir uns auf zwei Hauptaspekte konzentrieren. Dies sind die Ableitung von Transit-Zeit Verteilungen (Altersspektren) und die Bestimmung des Halogenbudgets der unteren Stratosphäre, insbesondre des Brombudgets. Die Auswertungen sollen für die verschiedenen Jahreszeiten der Kampagnen und auch im Hinblick auf unterschiedliche meteorologische Situation durchgeführt werden. Zur Ableitung der Altersspektren soll eine neue Methode entwickelt werden, die es erlaubt auch sogenannte bimodale Altersspektren abzuleiten, was eine bessere Beschreibung der Transportzeitverteilung der unteren und untersten Stratosphäre ermöglichen wird. Hierzu ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und den Arbeiten zum CLaMS Modell geplant. Als Grundlage für die Methode zur Ableitung der Altersspektren soll der von Ehhalt et al. (2007) veröffentliche Ansatz verwendet werden. Beim Halogenbudget sollen unsere Messungen vor allem verwendet werden um abzuleiten, wieviel anorganisches Brom und Chlor aus kurzlebigen organischen Quellgasen in der unteren Stratosphäre vorhanden ist und dort zum Ozonabbau beitragen kann. Diese Daten sollen mit quasi-simultanen Messungen anorganischer Halogen-Komponenten der Universität Heidelberg kombiniert werden um insbesondre ein komplettes Brombudget der untersten Stratosphäre aufzustellen.
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