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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, COALA – Kontinuierliche Beobachtungen von Aerosol-Wolken-Interaktion in der Antarktis

Das unvollständige Verständnis der Wechselwirkung von Aerosolpartikeln mit Strahlung, Wolken und Niederschlag ist eine Schlüsselfrage der Atmosphärenforschung. Detaillierte Beobachtungen sind erforderlich, um die komplexen Zusammenhänge zwischen den beteiligten Prozessen zu erfassen. Dies gilt insbesondere für die abgelegene Region der Antarktis, wo bodengestützte, vertikal aufgelöste Langzeitbeobachtungen von Aerosol, Wolken und Niederschlag selten sind und Satellitenbeobachtungen technischen Beschränkungen unterliegen. Um die Messlücke mit modernsten Beobachtungen zu schließen, wird TROPOS die Messplattform OCEANET-Atmosphere zwischen den Südsommern 2022/23 und 2023/24 an der Station Neumayer III (70,67°S, 8,27°W) einsetzen. OCEANET-Atmosphere ist ein autonomer, polar-erprobter, modifizierter 20-Fuss-Messcontainer, der erst kürzlich erfolgreich während MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) eingesetzt wurde. Die Instrumentierung während COALA umfasst ein Mehrwellenlängen-Polarisations- und ein Doppler-Lidar, ein 35-GHz-Wolkenradar, ein Mikrowellenradiometer sowie jeweils ein 1-d und 2-d-Niederschlags-Disdrometer. OCEANET ist die einzige polare Einzelcontainer-Plattform, die mit Mehrwellenlängen-Lidar, Radar und Mikrowellenradiometer Wolken und Niederschlag sowie mit Doppler-Lidar und -Radar turbulente Luftbewegungen in Wolken an verschiedenen Messstandorten beobachten kann.Die zeitliche und vertikale Auflösung des gewonnenen Datensatzes wird in der Größenordnung von 30 s (2 s für Vertikalgeschwindigkeitsbeobachtungen) und 30 m liegen. COALA ist ein 3-Jahres-Projekt. Ein Postdoktorand wird für den Einsatz von OCEANET-Atmosphere bei Neumayer III und die Datenanalyse verantwortlich sein und dabei von Experten am TROPOS unterstützt. Die Beobachtungen werden in erster Linie dazu dienen, die Schlüsselhypothese von COALA zu untersuchen, dass Aerosol aus dem Südlichen Ozean, den mittleren Breiten und den Subtropen der südlichen Hemisphäre in die Antarktis transportiert wird, wo es die Bildung und Entwicklung von Wolken und Niederschlag beeinflusst. Die Arbeiten konzentrieren sich auf (1) die Untersuchung des Ursprungs, der Häufigkeit und der Eigenschaften des Aerosols über der Station Neumayer III, (2) die Untersuchung des Einflusses von Oberflächen- und Grenzschicht-Kopplungseffekten auf die Eigenschaften und die Entwicklung von tiefen Wolken, (3) die Untersuchung des Beitrags von Dynamik (orographische Wellen), Aerosol und Meteorologie zur Verteilung der Eis- und Flüssigphase in Wolken über Neumayer III, (4) zur Untersuchung der vertikalen Struktur von Wolken und ihrer Beziehung zur Niederschlagsbildung und (5) zur Bewertung regionaler Kontraste in den Eigenschaften von Aerosolen und Wolken und den damit verbundenen Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsprozessen, indem die Neumayer-III-Beobachtungen von vorhandenen Datensätzen aus Südchile, Zypern, Deutschland und der Arktis kontrastiert werden.

METOP GOME-2 - Sulfur Dioxide (SO2) - Global

Gridded Level 3 SO2 total column densities derived from the Metop/GOME-2-instruments. Volcanoes are the largest soures of SO2 in the atmosphere, depending on the erruption the Sulfurous compounds can be injected into stratosphere but in most cases it stays within the troposphere. Another important source is the coal combustion. Desulfurisation facilities within the power stations have reduced the sulfur emissions around the globe. In the stratosphere sulfur is a key component for building up aerosols, which reflect parts of the solar irradiation. The total SO2 column is retrieved from GOME solar back-scattered measurements in the ultraviolet wavelength region [using the DOAS method]. Depending on the plume SO2 can be a very strong absorber, because of that the ODAS retrieval might have some smaller issues, they can be reduced by choosing different wavelenght ranges depending on the signal. We apply three different fitting windows between 310 and 360nm. For the AMF, we assume a plumeheight of 6 km altitude. The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

METOP GOME-2 - Ozone (O3) - Global

Gridded Level 3 ozone column densities derived from the Metop/GOME-2-instruments. In the stratosphere – where the majority of the total O3 amount is located - O3 plays an vital role for the UV protection. In the troposphere O3 is generated by chemical processes caused by natural and anthropogenic emission of NO2 and volatile organic components (VOCs) (e.g. HCHO). Direct exposure to O3 is harmfull for humans and our environment. The total O3 column is retrieved from GOME solar back-scattered measurements in the uv wavelength region 325-335nm [using the DOAS method]. To determine the AMF an iterative process is applied, the assumed profile depends on the latitude, month, but also on the total column. The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

Messsystem zur feldskaligen Bestimmung der Gasdiffusivität im Boden

Böden spielen im globalen Kreislauf von Treibhausgasen eine wesentliche Rolle. Der Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre ist dabei von zentraler Bedeutung, aber in seiner räumlichen und zeitlichen Dynamik noch nicht hinreichend verstanden. Für die Messung der Gaskonzentration und die Bestimmung der Diffusivität von Böden (Ds) existieren etliche, kleinskalige Labor- und Feldmethoden. Aufgrund der räumlichen Heterogenität und der zeitlichen Dynamik der Bodenstruktur ist es aber kaum möglich, die Ergebnisse auf den Feldmaßstab zu übertragen. Zentraler Gegenstand des Projektes ist die Entwicklung eines Systems zur Messung der Gasdiffusivität (PeDiM) in landwirtschaftlich genutzten Böden, das über lokale Heterogenitäten mittelt und Ds auf der Feldskala misst. Es wurde bereits gezeigt, dass Gaskonzentrationen in porösen Medien mittels schlauchförmiger, nichtporöser, gasselektiver Membranen gemessen werden können. Das zugrundeliegende Messprinzip beruht dabei auf der selektiven Diffusion einzelner Gaskomponenten der Bodenluft in eine Anordnung von Membranschläuchen, die in definierter Länge im Boden verlegt werden. Unser Projekt baut hierauf auf und ein in-situ Mess- und Monitoringsystem für Ds wird entwickelt. Folgende Schritte sind vorgesehen: i) Das neu entwickelte Messprinzip wird für die quasi-kontinuierliche Bestimmung von Ds für einen PeDiM-Prototypen im Labormaßstab umgesetzt. ii) Für einen präzisen Einbau des Messsystems im Feld wird ein Installationsgerät entwickelt, das Störungen des Bodens auf ein Minimum reduziert. iii) Der PeDiM-Prototyp wird in 2D- und 3D-Mesokosmen mit unterschiedlichen Substraten unter kontrollierten Bedingungen getestet. Parallele Ds-Messungen mit etablierten Messverfahren erlauben dabei die PeDiM-Konfiguration zu optimieren. vi) Optimierte PeDiM-Messysteme werden in einem Ackerboden eingebaut und Ds im Oberboden in einem mehrmonatigen Feldversuch gemessen. Die Ergebnisse werden im Zusammenhang mit wetterabhängigen Wassergehaltsänderungen und dynamischen Veränderungen der Bodenstruktur interpretiert. Der direkte Vergleich mit etablierten, kleinskaligen Labor- und Profilmessmethoden erlaubt Skaleneffekte experimentell zu untersuchen und nachzuweisen.Im Erfolgsfall steht ein innovatives, für die Langzeitbeobachtung ausgelegtes Mess- und Monitoringsystem zur Verfügung, das es zum ersten Mal erlaubt, quasi-kontinuierlich Ds im Feldmaßstab zu messen. Damit wird eine für Transportprozesse wesentliche Größe in Abhängigkeit atmosphärischer Randbedingungen auf einer Skala erfasst, die für die Interaktion von Boden und Atmosphäre relevant ist. Interessant für insbesondere landwirtschaftlich genutzte Böden ist dabei der völlig neue Zugang zur Beurteilung der zeitlichen Dynamik und Wechselwirkung zwischen Bodenstruktur und Ds. Ein kontinuierliches Monitoring von Ds erlaubt außerdem eine Kopplung von Treibhausgasemissionen mit Umsatzprozessen in Böden, was schließlich die Entwicklung von prognosefähigen Modellen unterstützt.

LTER Benthos – German Bight: Long-term ecological research of benthos in the German Bight (2001 et seq)

The long-term ecological research benthic monitoring comprises four representative permanent stations (SSd, Slt, FSd and WB) that have been sampled continuously in spring since 1969. The four stations are representative for the different benthic communities in the German Bight. Inter-annual variability and possible long-term trends were analysed based on spring-time samples since 1969. Macrozoobenthos of soft-bottom benthic community was collected by van-Veen grabs. Data for each campaign comprise four stations in the German Bight, sampled by grab samples (infauna). Biodiversity data of species include abundance (count data) and biomass (wet mass, g) per sample. The data is also available in a PostgreSQL-based data warehouse that can be accessed and queried through an open-access frontend web service at https://critterbase.awi.de/benosis by searching for the data sets "LTER_Benthos". Earlier datasets covering the years 1969-2000 have been published in the publication series https://doi.org/10.1594/PANGAEA.667646.

Sonderforschungsbereich Transregio 172 (SFB TRR): Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen (AC)3

Innerhalb der letzten 25 Jahre wurde ein bemerkenswerter Anstieg der bodennahen Lufttemperatur in der Arktis beobachtet, welcher den Globalerwärmungsfaktor von zwei sogar übersteigt. Dieses Phänomen wird als Arktische Verstärkung bezeichnet. Diese Erwärmung führt zu recht dramatischen Veränderungen einer Vielzahl von Klimaparametern. Beispielsweise wurde von Satelliten aus beobachtet, dass sich das arktische Meereis signifikant zurückgezogen hat. Allerdings können Klimamodelle diesen Rückgang immer noch nicht korrekt reproduzieren. Daher ist es zwingend erforderlich den Ursprung dieser Unstimmigkeiten zu identifizieren. Um unser Wissen über die Ursprünge der beobachteten arktischen Klimaveränderungen zu erweitern, ist es notwendig die Genauigkeit dieser Vorhersagen zu verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen beantragen wir im Rahmen des Transregio TR 172 die vorhandenen wissenschaftlichen Fachkenntnisse und Kompetenzen dreier deutscher Universitäten und zweier nicht-universitären Forschungsinstitute zu fokussieren und kombinieren. Beobachtungen von Messinstrumenten auf Satelliten, Flugzeugen, luftgetragenen Ballonplattformen, Forschungsschiffen und ausgewählte bodengebundene Messstationen werden in bestimmte Forschungskampagnen integriert und mit Langzeit Messungen kombiniert. Die Modellaktivitäten verwenden eine Hierarchie von Prozess-, mesoskaligen, regionalen und globalen Modellen um eine Brücke zwischen räumlichen und zeitlichen Skalen zu individuellen lokalen Prozessen der entsprechenden Klimasignale herzustellen. Die Modelle dienen als Orientierungshilfe für Kampagnen, zur Analyse von Messungen und Sensitivitäten, zur möglichen Zuordnung der Quellen der beobachteten arktischen Klimaveränderungen und um die Fähigkeiten der Modelle zu testen Beobachtungen zu reproduzieren. Die allumfassende wissenschaftliche Zielsetzung des TR 172 ist es die Schlüsselprozesse, die zur arktischen Verstärkung beitragen, zu identifizieren, untersuchen und zu bewerten um unser Verständnis über die wesentlichen Rückkopplungsmechanismen zu verbessern und gleichzeitig deren relative Bedeutung für die arktische Verstärkung zu quantifizieren. In der ersten Phase wird der Fokus auf atmosphärischen und Bodenprozessen liegen, da die schnell vorrangehenden Veränderungen im arktischen Klima vermuten lassen, dass wichtige atmosphärische Einflüsse an diesen Mechanismen beteiligt sind. In der zweiten und dritten Phase werden dann vor allem die Wechselwirkungen zwischen ozeanischen und atmosphärischen Komponenten der arktischen Verstärkung sowie die damit verbundenen globalen Aspekte genauer untersucht. Die Verbindung von Beobachtungs- und Modellstudien dient dazu die künftigen arktischen Klimaentwicklungsvorhersagen zu verbessern.

METOP GOME-2 - Bromine Monoxide (BrO) - Global

Gridded Level 3 BrO total column densities derived from the Metop/GOME-2-instruments. In the troposphere BrO is a short-lived atmospheric constituent released from the sea (via algae or so called ice flowers). Also volcanic eruptions emit bromine compounds reacting to BrO. In the stratosphere, the major source of BrO are halogenated hydrocarbos that are destroyed by high energy UV radiation. In the stratosphere, BrO plays a key role in the ozone hole chemistry. The total BrO column is retrieved from GOME solar back-scattered measurements in the UV wavelength region between 332 and 359 nm [using the DOAS method]. The applied Airmassfactor is based on monthly climatologies. The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

METOP GOME-2 - Cloud Top Pressure (CTP) - Global

Gridded Level 3 cloud top pressure derived from Metop/GOME observations. Cloud physical properties (cloud fraction, cloud top height, cloud optical thickness) are derived from GOME/GOME-2 observations using the OCRA (Optical Cloud Recognition Algorithm) and ROCINN (Retrieval of Cloud Information using Neural Networks). For more details please refer to relevant peer-review papers listed on the GOME and GOME-2 documentation pages: https://atmos.eoc.dlr.de/app/docs/ The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

METOP GOME-2 - Cloud Optical Thickness (COT) - Global

Gridded Level 3 cloud optical thickness derived from Metop/GOME observations. Cloud physical properties (cloud fraction, cloud top height, cloud optical thickness) are derived from GOME/GOME-2 observations using the OCRA (Optical Cloud Recognition Algorithm) and ROCINN (Retrieval of Cloud Information using Neural Networks). For more details please refer to relevant peer-review papers listed on the GOME and GOME-2 documentation pages: https://atmos.eoc.dlr.de/app/docs/ The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

Depositionsmessstationen zum Monitoring von Schadstoffen aus der Luft

An den Depositionsmessstationen werden ganzjährig im regelmäßigen Zyklus (28 Tage) mit verschiedenen Messeinrichtungen Parameter zum Monitoring von Schadstoffen aus der Luft erfasst. Zum Monitoring eutrophierender und versauernder Einträge sind elektrisch gekühlte Niederschlagssammler (Elektrisch gekühlter Bulk, Wet only) sowie Passivsammler für die Ermittlung gasförmiger Ammoniak- und NO2-Konzentrationen installiert. Der Eintrag von Metallen wird über die Sammlung des Staubniederschlags (Bergerhoff-Methode) ermittelt. Messdaten sind gegen Bereitstellungsgebühr bei der Datenstelle des LfU erhältlich.

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