With the introduction of mobile mapping technologies, geomonitoring has become increasingly efficient and automated. The integration of Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) and robotics has effectively addressed the challenges posed by many mapping or monitoring technologies, such as GNSS and unmanned aerial vehicles, which fail to work in underground environments. However, the complexity of underground environments, the high cost of research in this area, and the limited availability of experimental sites have hindered the progress of relevant research in the field of SLAM-based underground geomonitoring. In response, we present SubSurfaceGeoRobo, a dataset specifically focused on underground environments with unique characteristics of subsurface settings, such as extremely narrow passages, high humidity, standing water, reflective surfaces, uneven illumination, dusty conditions, complex geometry, and texture less areas. This aims to provide researchers with a free platform to develop, test, and train their methods, ultimately promoting the advancement of SLAM, navigation, and SLAM-based geomonitoring in underground environments. SubSurfaceGeoRobo was collected in September 2024 in the Freiberg silver mine in Germany using an unmanned ground vehicle equipped with a multi-sensor system, including radars, 3D LiDAR, depth and RGB cameras, IMU, and 2D laser scanners. Data from all sensors are stored as bag files, allowing researchers to replay the collected data and export it into the desired format according to their needs. To ensure the accuracy and usability of the dataset, as well as the effective fusion of sensors, all sensors have been jointly calibrated. The calibration methods and results are included as part of this dataset. Finally, a 3D point cloud ground truth with an accuracy of less than 2 mm, captured using a RIEGL scanner, is provided as a reference standard.
The North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment (NAWDEX) aims to provide the foundation for future improvements in the prediction of high impact weather events over Europe. The concept for the field experiment emerged from the WMO THORPEX program and contributes to the World Weather Research Program WWRP in general and to the High Impact Weather (HIWeather) project in particular. An international consortium from the US, UK, France, Switzerland and Germany has applied for funding of a multi-aircraft campaign supported by enhanced surface observations, over the North Atlantic and European region. The importance of accurate weather predictions to society is increasing due to increasing vulnerability to high impact weather events, and increasing economic impacts of weather, for example in renewable energy. At the same time numerical weather prediction has undergone a revolution in recent years, with the widespread use of ensemble predictions that attempt to represent forecast uncertainty. This represents a new scientific challenge because error growth and uncertainty are largest in regions influenced by latent heat release or other diabatic processes. These regions are characterized by small-scale structures that are poorly represented by the operational observing system, but are accessible to modern airborne remote-sensing instruments. HALO will play a central role in NAWDEX due to the unique capabilities provided by its long range and advanced instrumentation. With coordinated flights over a period of days, it will be possible to sample the moist inflow of subtropical air into a cyclone, the ascent and outflow of the warm conveyor belt, and the dynamic and thermodynamic properties of the downstream ridge. NAWDEX will use the proven instrument payload from the NARVAL campaign which combines water vapor lidar and cloud radar, supplemented by dropsondes, to allow these regions to be measured with unprecedented detail and precision. HALO operations will be supported by the DLR Falcon aircraft that will be instrumented with wind lidar systems, providing synergetic measurements of dynamical structures. These measurements will allow the first closely targeted evaluation of the quality of the operational observing and analysis systems in these crucial regions for forecast error growth. They will provide detailed knowledge of the physical processes acting in these regions and especially of the mechanisms responsible for rapid error growth in mid-latitude weather systems. This will provide the foundation for a better representation of uncertainty in numerical weather predictions systems, and better (probabilistic) forecasts.
This data collection unites the individual data sets of the COMPEX-EC (Clouds over cOMPlEX environment - EarthCARE) campaign, carried out in Kiruna 2.-16.4.2025. COMPEX-EC has been designed as an EarthCARE validation campaign. For that purpose, Polar 5 (C-GAWI) has been equipped with instrumentation similar to the one operated on EarthCARE (W-band radar, lidar, radiometers, spectral imagers). Seven research flights (summing up to more than 30 flight hours) were conducted each of them underflying the EarthCARE satellite to validate its performance.
Die Strömung im Lee eines steilen Berges ist durch hoch-komplexe Wirbelstrukturen charakterisiert. Vorherige Forschungsarbeiten mit idealisierten numerischen Simulationen haben gezeigt, dass die Form dieser Leewirbel empfindlich von der vertikalen Scherung der Umgebungsströmung abhängt; andererseits spielt die Stärke des Umgebungswindes eine untergeordnete Rolle. Hier wird vorgeschlagen, diese Hypothesen durch eine Kombination von numerischen Simulationen und Beobachtungen zu testen. Eine einmonatige Messkampagne wird erstmals das Windfeld in der Umgebung des Matterhorns erkunden, wobei moderne Wind-LiDAR Technologie zum Einsatz kommen soll, in Kombination mit Radiosonden und einem kleinen unbemannten meteorologischen Flugzeug. Außerdem sollen umfangreiche Grobstruktursimulationen der Strömung um einen steilen Berg durchgeführt und ausgewertet werden. Die Verwendung von realistischer Matterhorn-Orographie erlaubt es, optimale Mess-Strategien für die Kampagne zu entwickeln und später die Messungen in den Kontext des bisher Gewussten zu stellen. Außerdem werden die Simulationen dazu benutzt, um die transienten Merkmale des Windfelds im Lee des Berges zu studieren, und zwar sowohl mit idealisierter als auch mit realistischer Orographie. Eine wichtige Bedeutung nimmt dabei die Visualisierung der Leewirbel ein, welche dabei hilft, die anfangs genannten Hypothesen zu testen.
Numerische Modelle zur Simulation der Schadstoffausbreitung in der Atmosphaere sind wesentliche Hilfsmittel fuer Immissionsprognosen, Stoerfallanalysen und die Interpretation der Messergebnisse von Luftgueteueberwachungssystemen. Die Modelle beduerfen wegen der Komplexitaet der atmosphaerischen Vorgaenge jedoch einer umfassenden experimentellen Verifikation in ihrem Anwendungsgebiet. Das Vorhaben beinhaltet zum einen die Verifikation und Weiterentwicklung der Simulationsmodelle ATMOS (1) und MODIS (2) mit Hilfe der Messergebnisse der Lidar-Fernmessstationen auf der Georgswerder Hoehe in Hamburg (Vorhaben UFOKAT'79: LU 31-056/DB-Nr:00009829) bzw. auf dem MS TABASIS (Verbrennung chlorierter Kohlenwasserstoffe auf See; Vorhaben UFOKAT'79: AB 52-007/DB-NR: 00009827). Zum anderen dienen die Modelle zur Interpretation und Verallgemeinerung der Feldmessdaten dieser Stationen. Die fuer die Modelle erforderlichen meteorologischen Eingangsdaten werden begleitenden meteorologischen Messungen entnommen bzw. mit Hilfe eines meteorologischen Grenzschichtmodells gewonnen. Ergaenzend werden Labormessungen zur Bestimmung von Washout-Koeffizienten durchgefuehrt.
Das ionosphärische/thermosphärische (I/T) System unterliegt zum einen solaren und magnetosphärischen Einflüssen und wird ebenfalls von zwar kleinskaligen, aber persistenten und darum bedeutenden Prozessen aus der mittleren Atmosphäre angetrieben. Gerade der zuletzt genannte Einfluss wird seit Jahren vermutet, es konnte jedoch bis jetzt kein klarer Beleg für die Kopplung gefunden werden. Alle Anregungen aus der mittleren Atmosphäre müssen sich durch die Mesosphäre und untere Thermosphäre (MLT) ausbreiten. Dabei wechselwirken die Wellen untereinander und koppeln an die I/T. Diese Kopplung kann (a) durch die direkte Ausbreitung von primären (oder sekundären) Wellen, und /oder (b) indirekt durch den E-Region-Dynamo erfolgen. Deshalb ist die MLT generell von Bedeutung für die dynamische Anregung der I/T, in mittleren und hohen Breiten tritt sie aber besonders hervor: (1) auf diesen Breiten wurden bislang wenige Untersuchungen des I/T Systems (z.B. der Gezeiten) durchgeführt, was auf die unzureichende Auflösung der meisten Satelliten zurückzuführen ist, und (2) aktuelle Studien mit globalen gekoppelten Atmosphären/Ionosphären Simulationen zeigen, dass gerade bei diesen Breiten die solaren und lunaren Gezeiten, die für viele elektrodynamische Effekte in niedrigen Breiten verantwortlich sind, besonders große Amplituden während stratosphärischer Erwärmungen (SSW) erreichen. Wir beantragen, die einzigartigen Radars und Lidars des IAP in mittleren und hohen Breiten zu nutzen, um den Grundstrom, die Wellen und deren Wechselwirkungen in der MLT zu charakterisieren. Die lokalen Radarwindbeobachtungen erfolgen kontinuierlich in einem Höhenbereich von 70 -100 km und können durch Lidarmessungen zu niedrigeren Höhen erweitert werden. Dies ermöglicht die Untersuchung der vertikalen Ausbreitung von Wellen im Wind und der Temperatur. Diese Studien werden zusätzlich durch Satellitendaten und Re-Analyse komplementiert, um sowohl regional als auch global den Antrieb durch die mittlere Atmosphäre zu erfassen. Die direkte Kopplung wird durch Vergleiche der saisonalen und jährlichen Gezeiten über den Radaren mit den thermosphärischen Daten der Satelliten aus den Überflügen mit polaren Orbits untersucht. Der Einfluss des E-Region-Dynamos wird mit Hilfe von Simulationen gekoppelter Atmosphären/Ionosphären-Modellen analysiert und beinhaltet die Anregung der lunaren Gezeit in Zeiträumen mit und ohne SSW. Die Modelle werden mit bodengebunden Beobachtungen und satellitengestützten ionosphärischen Daten verglichen und validiert. Neben vielen offenen Fragen zur Kopplung der MLT mit dem I/T-System, erwarten wir insbesondere Ergebnisse zu folgenden Fragen: (a) Wie wirkt sich die beobachtete Kurzzeitvariabilität der MLT auf Wellen und dem Grundstrom in Bezug zum I/T Wetter aus?, (b) Was sind die Charakteristiken der solaren und lunaren Gezeiten für verschiedene Strukturen des polaren Wirbels während SSW und welche Auswirkungen entsprechen diesen im I/T-System?
Der horizontale Wind nimmt eine Schlüsselrolle in der Dynamik der Atmosphäre ein. Insbesondere beeinflusst er die Ausbreitung und Dissipation von Schwerewellen und thermischen Gezeiten in der mittleren Atmosphäre. Simultane Wind- und Temperaturmessungen bieten dabei die einzigartige Möglichkeit, sowohl kinetische als auch potentielle Energiedichten der Schwerewellen zu berechnen, aus denen wiederum intrinsische Wellenparameter ableitbar sind. Windmessungen in der mittleren Atmosphäre sind jedoch insbesondere im Höhenbereich zwischen 35 und 75 km sehr selten, da hier weder Radiosonden noch Radars Daten liefern und Wind-Radiometer bzw. Satelliten keine für die Untersuchung von Schwerewellen ausreichend große Genauigkeit und Auflösung haben. Deshalb wollen wir in Kühlungsborn/Deutschland (54° N, 12° O) ein neues Lidar aufbauen, mit dem bei gekippten Teleskopen der Horizontalwind aus der Dopplerverschiebung der Rayleigh-Rückstreuung bestimmt werden kann. Neben der Erstellung einer Wind-Klimatologie steht vor allem die Untersuchung der Ausbreitung von Trägheitsschwerewellen in der mittleren Atmosphäre im Vordergrund. Dazu werden wir u.a. horizontale und vertikale Impulsflüsse und die Höhe des Impulsübertrags an die Hintergrundatmosphäre bestimmen. Diese für die Energiebilanz der Atmosphäre wesentlichen Parameter liefern wichtige Vergleichsgrößen für Zirkulationsmodelle. Ferner werden wir intrinsische Welleneigenschaften aus Wind-Hodographen analysieren, die für andere bodengebundene Messsysteme in der Regel nicht zugänglich sind. Unter Einbeziehung des lokalen Hintergrundwindes sollen aufwärts und abwärts propagierende Schwerewellen eindeutig getrennt und quantifiziert werden. Die Analysen werden insgesamt unser Verständnis der vertikalen Kopplung und der zu Grunde liegenden Zirkulation in der mittleren Atmosphäre deutlich verbessern. Das neue Lidarsystem ergänzt ein in Nordnorwegen am ALOMAR-Observatorium (69° N, 16° O) vorhandenes Windlidar, welches ebenfalls vom IAP betrieben wird. In diesem Projekt wird die dabei erworbene Expertise genutzt, um die Entwicklungsrisiken für das neue Lidar zu minimieren und schwerpunktmäßig Windmessungen in der mittleren Atmosphäre durchzuführen und zu interpretieren.
Hauptziel des Vorhabens der Universität Bremen ist es, im Rahmen der HALO COMET Mission Antworten auf die Frage zu geben, inwieweit sich starke lokale Quellen der Treibhausgase CO2 und CH4 bzgl. ihrer Emissionen mit Hilfe von Flugzeug-gestützten Fernerkundungsmethoden (aktiv und passive) quantifizieren lassen. Um dies zu erreichen, werden aktive (Lidar) und passive (Spektrometer) Fernerkundungsmethoden mit einander kombiniert. Dabei wird mit dem Sensor MAMAP die Region um die Quelle kleinskalig erfasst, während HALO-COMET den großräumigeren Kontext der atmosphärischen CO2 bzw. CH4 Verteilung in der Atmosphäre erfasst. Der Fokus des Beitrages der Universität Bremen liegt dabei in der kleinskaligen Befliegung der Quellregionen. Aussichtsreiche Quellregionen sind für CO2 die Stadt Berlin und den naheliegenden Kohlkraftwerken im Südosten. Für CH4 eignet sich die Region Oberschlesien in Polen mit ihren aktiven Kohlerevieren und den damit verbundenen starken Methanemissionen besonders. Die Daten der Messkampagne im Frühjahr 2017 werden ausgewertet und analysiert, um daraus mit unterschiedlichen Methoden die CO2-bzw. CH4 Emissionen in der Quellregion zu bestimmen. Dabei werden die Daten von MAMAP und HALO COMET auch synergistisch verwendet, wobei insbesondere den in-situ Messungen zur Verifizierung der Fernerkundungsdaten eine wichtige Rolle zukommt (vgl. auch HALO COMET White Paper). Unterstützt wird die Dateninterpretation zudem durch hochaufgelöste Modellierung in Zusammenarbeit mit dem MPI in Jena.Im Rahmen des Vorhabens wird zudem untersucht, inwieweit die im Rahmen von COMET eingesetzten Fernerkundungssensoren (MAMAP, CHARM-F) zur Validation von Satellitensensoren eignen. Dies erfolgt durch die koordinierte Planung der Messkampagne bzgl. der Satellitenüberflüge von OCO-2 (CO2) und Sentienl-5P (CH4).
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