Mischphasenwolken, in denen unterkühltes Flüssigwasser und Eiskristalle gleichzeitig auftreten, sind bisher nur unzureichend beschrieben, denn die akkurate Messung von Mischphasenwolken stellt eine Herausforderung dar. Besonders das Fehlen der vollständigen vertikalen Charakterisierung der Flüssigwasserkomponente ist ein Problem der derzeitig angewendeten Beobachtungsmethoden. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll diese Beobachtungslücke durch Entwicklung neuer Methoden und den Einsatz neuer Modelle geschlossen werden. Mischphasenwolken werden mit modernsten Fernerkundungsinstrumenten wie Doppler-Wolkenradar sowie Doppler- und Polarisationslidar beobachtet werden. Die derzeitig zur Erfassung von unterkühlten Flüssigwasserschichten angewendete synergistische Beobachtung mit Wolkenradar und Lidar ist normalerweise bis zur Höhe limitiert, in der das Signal des Lidars vollständig ausgelöscht ist, was bei einer durchquerten optischen Dicke von etwa 3 geschieht. Das erlaubt meist die Detektion von nur einer Flüssigwasserschicht. Im Gegensatz dazu können Wolkenradare die gesamte Mischphasenwolke auch beim Auftreten mehrerer Flüssigwasserschichten durchdringen. Sie können daher genutzt werden, um die Verteilung der Wolkenphase in der gesamten vertikalen Säule zu bestimmen, wenn geeignete Algorithmen zur Identifikation von Flüssigwasser aus Radarmessungen entwickelt werden. Dafür soll das komplette Radardopplerspektrum analysiert werden, dessen Struktur durch die Mikrophysik und die Dynamik der Wolke bestimmt ist. Zudem soll das Radardopplerspektrum genutzt werden, um Vertikalwinde abzuleiten. Der Fokus des Projekts wird auf der vollständigen Charakterisierung von Fallstudien liegen. Dabei wird insbesondere untersucht werden, wie Vertikalwinde und Lufttemperatur die zeitliche Entwicklung der Partitionierung der Wolkenphasen beeinflussen, um so Einblick in den Lebenszyklus von Mischphasenwolken zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird auch der Einfluss von Aerosolpartikeln auf die Wolkenphasenpartitionierung bestimmt werden. Die beobachteten Wolken werden dabei durch Rückwärtstrajektorien in Luftmassenherkunftsklassen unterteilt und es werden Modellvorhersagen sowie eine lidarbasierte Charakterisierung der Aerosoleigenschaften durchgeführt. Das vorgeschlagene Projekt geht über die Entwicklung von Fernerkundungstechniken in Mischphasenwolken hinaus. Ergebnisse eines auf den Messungen basierenden 1D-Mikrophysikmodells sollen als Eingabewerte für einen Vorwärtssimulator für Radardopplerspektren genutzt werden. Dessen Ausgabewerte wiederrum werden mit den beobachteten Dopplerspektren verglichen werden. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Kreislauf aus Beobachtung und Modellierung, der es uns möglich machen wird, bestimmte mikrophysikalische Prozesse in Mischphasenwolken, wie z.B. Reif- und Graupelbildung, genauer zu verstehen.
Weite Teile der nördlichen Ostsee sind im Winter für mehrere Monate von Meereis bedeckt. Wie in Arktis und Antarktis stellt das solegefüllte Kanalsystem im Eis den Lebensraum für eine diverse Flora und Fauna dar. Bereits im Februar beginnen die Eisalgen zu wachsen und hohe Biomassen im Eis aufzubauen. In den Polargebieten wird diese saisonal früh vorhandene und lokal hoch konzentrierte Nahrungsquelle von herbivoren, pelagischen Zooplanktern genutzt, die somit eine trophische Verbindung zwischen den beiden Lebensräumen Meereis und Pelagial herstellen. Auch in der Ostsee kommen v.a. Copepoden unter dem Meereis vor. Die Art Acartia biflosa reproduziert sogar während der Wintermonate, obwohl Temperatur und Algenbiomasse während der eisbedeckten Zeit in der Wassersäule sehr niedrig sind. Hieraus ergeben sich folgende Fragestellungen: 1. Welche biotischen und abiotischen Wachstumsbedingungen charakterisieren das baltische Untereis-Habitat? 2. Was sind die Energiequellen für die Entwicklung im Winter dominanter Arten? 3. Gibt es in der eisbedeckten Ostsee vergleichbare Prozesse wie in Arktis und Antarktis? Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erfassung der ökologischen Bedeutung des Meereises für die saisonalen Lebenszyklen und Überwinterungsstrategien des Zooplanktons der nördlichen Ostsee.
Im Rahmen des Projektes werden die Gestehungskosten fuer die Gasdruckregelung ueber den gesamten Lebenszyklus der GDRA bilanziert und auf der Basis von Messwerten der EVG mbH verifiziert. Das vorgeschlagene Rechenverfahren integriert explizit die Kosten fuer die Gasvorwaermung und greift die Struktur der VDI 2067 bzw. VDI 6025 auf. Neben der Kostenbetrachtung wurde parallel der Bezug zum Primaerenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab hergestellt. Das Problem der Erdgasvorwaermung wird separat behandelt. Optimierungsmoeglichkeiten im Bereich der Waermebereitstellung werden abgeleitet.
Rossbywellen sind von grundlegender Bedeutung für die Dynamik der Erdatmosphäre. Die Wettersysteme der mittleren Breiten sind häufig in deutlich ausgeprägten Rossbywellenpakete (RWP) eingebettet. Die Bedeutung dieser Wellenpakete für die Wettervorhersage wurde schon vor langem erkannt. Die Rolle der RWP als Vorläufer von Schwerwetterereignissen fand dabei besondere Beachtung. Im allgemeinen ist zu erwarten, dass RWP, da sie sich als großskalige Strömungsmerkmale gemäß balancierter Dynamik entwickeln, einen hohen Grad an Vorhersagbarkeit aufweisen, der sich auch günstig auf die Vorhersagbarkeit der eingelagerten, kleinskaligeren Wetterphänomene auswirkt. Andererseits hat eine Reihe von neueren Studien gezeigt, dass sich Vorhersagefehler und -unsicherheiten innerhalb von RWP ausbreiteten und anwachsen, was zu einer maßgeblichen Beeinträchtigung der Vorhersagbarkeit führen kann. Es steht damit die wichtige Frage im Raum: Unter welchen Bedingungen besitzen RWP eine hohe Vorhersagbarkeit und unter welchen Bedingungen besitzen sie eine geringe Vorhersagbarkeit? Die hier beantragte Arbeit wird zur Beantwortung dieser Frage einen wichtigen Beitrag leisten.Mithilfe dieses Antrags werden wir die Vorhersagbarkeit von RWP aus klimatologischer Sichtweise anhand von Ensemblevorhersagen über einen Zeitraum von 30 Jahren betrachten. Unser Ansatz betrachtet RWP als eigenständige, physikalisch aussagekräftige Einheiten, die durch spezifische Eigenschaften beschrieben werden können: Amplitude, Größe, Form und Lage. Die Vorhersagbarkeit dieser Eigenschaften werden wir aus den Ensembledaten bestimmen und ihre saisonale und regionale Abhängigkeit untersuchen, sowie die Abhängigkeit von der Dauer des RWP und der Phase im Lebenszyklus des RWP. Diese phänomenologische Untersuchung ergänzen wir durch eine prozess-basierte Untersuchung der RWP Dynamik. Das Ziel dabei ist es die Dynamik von RWP mit hoher bzw. niedriger Vorhersagbarkeit gegenüberzustellen, um dadurch ein besseres Verständnis der erheblichen Schwankung der RWP Vorhersagbarkeit zu gewinnen.