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.
Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Konzeptionierung, der Entwicklung und dem Aufbau einer unter Atmosphärendruck arbeitenden Plasmaanlage zur Reinigung und Beschichtung von Glas- und Kohlenstofffasergelegen sowie der Entwicklung einer geeigneten Haftvermittlerschicht zur späteren erneuten Einbindung der Faser in eine Duromerharz-Matrix. Ziel ist es, die mit Hilfe der Pyrolyse (thermisch und Mikrowelle) freigelegten Fasergelege mit der inlinefähigen Plasmatechnik ohne Beschädigung der Fasern zu reinigen, zu aktivieren und anschließend zu beschichten, damit eine Wiederverwendung der Fasergelege mit einer sehr guten Faser/Matrixhaftung ermöglicht wird. Dazu wird ein zweistufiges Verfahren bestehend aus Plasmareinigung mit anschließender Plasmabeschichtung untersucht und eine geeignete Plasmaanlage aufgebaut und an die Anforderungen des Prozesses angepasst. Im ersten Schritt wird die Oberfläche von Restkontaminationen befreit und aktiviert und im zweiten Schritt wird eine haftvermittelnde plasmapolymere Schicht unter Eingabe von Präkursoren (chemischen Zusatzstoffen) in das Plasma auf den Fasergelegen abgeschieden. Die zu verwendende Anlagentechnik, bestehend aus Plasmagenerator, Transformator und Plasmaerzeuger wird in diversen Iterationsschleifen weiterentwickelt. Die umweltfreundliche Technik wird ausschließlich mit elektrischer Energie und Luft oder ggf. Stickstoff als Prozessgas betrieben. Die Beschichtung erfolgt trockenchemisch, lösungsmittelfrei und damit besonders umweltschonend unter Verwendung geringster Präkursormengen.
Bislang werden Textilbewehrungen vor der Bauteilherstellung getränkt und ausgehärtet. Diese relativ steifen Halbzeuge eignen sich nicht zur Herstellung komplexer Bauteile auf Basis der neuen kontinuierlichen Fertigungsprozesse wie 3D-Betondruck und Betonextrusion, da ein Großteils der Formflexibilität durch die etablierte Offline-Konsolidierung verloren geht. TP B02 (Gries) untersucht daher die zeitliche Verschiebung des Umform- und Konsolidierungsschrittes mittels Prepregsystemen in den Betonageprozess. Neben bekannten Aushärtemechanismen wie z. B. Wärme oder UV-Strahlung werden neue Ansätze wie bspw. die Aktivierung über die Alkalität des Betons, über Mikrowellen oder mittels Induktion für eine Inline-Fertigung von Carbonbeton erforscht.
High-quality near-real time Quantitative Precipitation Estimation (QPE) and its prediction for the next hours (Quantitative Precipitation Nowcasting, QPN) is of high importance for many applications in meteorology, hydrology, agriculture, construction, water and sewer system management. Especially for the prediction of floods in small to meso-scale catchments and of intense precipitation over cities timely, the value of high-resolution, and high-quality QPE/QPN cannot be overrated. Polarimetric weather radars provide the undisputed core information for QPE/QPN due to their area-covering and high-resolution observations, which allow estimating precipitation intensity, hydrometeor types, and wind. Despite extensive investments in such weather radars, QPE is still based primarily on rain gauge measurements since more than 100 years and no operational flood forecasting system actually dares to employ radar observations for QPE. RealPEP will advance QPE/QPN to a stage, that it verifiably outperforms rain gauge observations when employed for flood predictions in small to medium-sized catchments. To this goal state-of-the?art radar polarimetry will be sided with attenuation estimates from commercial microwave link networks for QPE improvement, and information on convection initiation and evolution from satellites and lightning counts from surface networks will be exploited to improve QPN. With increasing forecast horizons the predictive power of observation-based nowcasting quickly deteriorates and is outperformed by Numerical Weather Prediction (NWP) based on data assimilation, which fails, however, for the first hours due to the lead time required for model integration and spin-up. Thus, RealPEP will merge observation-based QPN with NWP towards seamless prediction in order to provide optimal forecasts from the time of observation to days ahead. Despite recent advances in simulating surface and sub-surface hydrology with distributed, physicsbased models, hydrologic components for operational flood prediction are still conceptual, need calibration, and are unable to objectively digest observational information on the state of the catchments. RealPEP will prove that in combination with advanced QPE/QPN physics-based hydrological models sided with assimilation of catchment state observations will outperform traditional flood forecasting in small to meso-scale catchments.
Strahlung ist eine Energieform, die sich als elektromagnetische Welle- oder als Teilchenstrom durch Raum und Materie ausbreitet. Die Strahlungsarten werden in 2 große Gruppen unterteilt, die sich durch ihre Energie unterscheiden. Strahlung, die bei der Durchdringung von Stoffen an Atomen und Molekülen Ionisationsvorgänge auslöst, wird als ionisierende Strahlung bezeichnet. Dazu gehören z.B. die Röntgen- und die Gammastrahlung. Als nichtionisierende Strahlung wird die Strahlung bezeichnet, bei der die Energie der Strahlung nicht ausreicht, Atome und Moleküle zu ionisieren. Dazu gehören z.B. Radio- und Mikrowellen, elektromagnetische Felder und das Licht. Ionisierende Strahlung ist sowohl Teil der Natur (Natürliche Radioaktivität) und somit Bestandteil der menschlichen Umwelt als auch das Resultat menschlicher Tätigkeit (Künstliche Radioaktivität).
In einer Mikrowellenfilteranlage wird die Abtoetung von verschiedenen Viren in Fluessigmist im Durchflussverfahren ueberprueft.
Altpapier mit Zuschlagstoffen unter Mikrowelle aufschäumen. Erweiterung auf Stroh und ähnliches.
In einem durchgängig modulierten Multifrequenz-Laborofen, der mit zwei magnetronbasierten Mikrowellengeneratoren 6 kW bei einer Arbeitsfrequenz von 2,45 GHz und einem magnetronbasierten Mikrowellengenerator 5 kW bei einer Arbeitsfrequenz von 915 MHz, der zugehörigen Messtechnik (einfallende und reflektierte Mikrowellenleistung, IR-Kamera bzw. -Pyrometern etc.) sowie alle notwendigen Gasdurchführungen ausgerüstet ist, wird das gesamte Prozessparameterfeld für den vorgesehenen Pyrolyseprozess praxisnah ermittelt. Zudem werden die ermittelten Prozessparameter für die Auslegung der kontinuierlichen Mikrowellenpyrolyse-Durchlaufanlage verwendet. Durch die umfassende elektromagnetische Simulation werden die notwendigen bzw. optimalen Feldhomogenität und Frequenzbereiche ermittelt und anschließend entschieden, ob die auf der magnetronbasierende Mikrowellentechnik für die vorgesehene Mikrowellenpyrolyse technisch ausrechend ist. Diese Frage ist im Hinblick auf die Prozesswirtschaftlichkeit von großer Bedeutung, da die halbleiterbasierte Mikrowellentechnik zurzeit mind. um den Faktor vier teurer als die herkömmliche Magnetron-Technologe ist. Durch die Kombination beider Arbeitsfrequenzen 915 MHz und 2.45 GHz werden die Feldhomogenität und Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung erheblich erhöht. Dadurch werden Hot- und Coldspots vermieden. Die notwendige Leistungsanpassung zwischen den Mikrowellengeneratoren und der Last (Kammer + Produkt) erfolgt über manuelle 3-Stub-Tuner. Die Feldhomogenität wird durch die Verwendung von IR-Temperaturmesssystem mit spezieller Software erfasst und kontrolliert.
Niederschlag ist eine wichtige Komponente des hydrologischen Kreislaufs. Um zu verstehen, wie sich der Wasserhaushalt in einem sich erwärmenden Klima verändert, ist ein umfassendes Verständnis der Niederschlagsbildungsprozesse erforderlich. In den mittleren Breiten wird der meiste Niederschlag unter Beteiligung der Eisphase in Mischphasenwolken erzeugt, aber die genauen Interaktionen zwischen Eis, flüssigem Wasser, Wolkendynamik, orografischem Antrieb und Aerosolpartikeln während der Eis-, Schnee- und Regenbildung sind nicht gut verstanden. Dies gilt insbesondere für Bereifungs- und Sekundäre Eisproduktion (SIP) Prozesse, die mit den größten quantitative Unsicherheiten in Bezug auf die Schneefallbildung verbunden sind. Die Lücken in unserem Verständnis von SIP- und Bereifungsprozesse zu schließen, ist vor allem für Gebirgsregionen entscheidend, die besonders anfällig für Änderungen des Niederschlags und des Wasserhaushalts, wie z.B. des Verhältnisses zwischen Regen und Schneefall, sind. In diesem Antrag wird ein Forschungsprojekt vorgeschlagen, das sich dem Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Terrain widmet. Dazu werden wir ein innovatives, simultan sendendes und simultan empfangendes (STSR), scannendes W-Band-Wolkenradar zusammen mit einer neuartigen In-situ-Schneefallkamera eine ganze Wintersaison lang in den Rocky Mountains von Colorado, USA betreiben. Die Instrumente werden Teil der Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Surface Atmosphere Integrated Field Laboratory (SAIL) Kampagne sein, bei der ein Ka-Band und ein X-Band Radar eingesetzt werden. Durch die Kombination von spektralen polarimetrischen und Multifrequenz-Doppler-Radarbeobachtungen mit empirischen und Bayes'schen Machine Learning Verfahren werden wir Bereifungs- und SIP-Ereignisse identifizieren und deren Einfluss auf die Schneefallrate quantifizieren. Dies erfordert die Erweiterung des Passive and Active Microwave radiative TRAnsfer Modells (PAMTRA) mit zusätzlichen polarimetrischen Variablen und modernsten Berechnungen von Streueigenschaften. Durch die Nutzung der umfangreichen kollokierten Messungen während SAIL wird es ermöglicht, die beobachteten Prozessraten mit Umweltbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Flüssigwasserpfad sowie mit der Wolkendynamik in Beziehung zu setzen. Darüber hinaus werden wir einen besonderen Fokus auf den Einfluss von vertikalen Luftbewegungen legen, die unter orographischen Bedingungen häufig auftreten. Zusammengenommen wird das vorgeschlagene Projekt unser Verständnis von Bereifungs- und SIP-Prozessen in komplexem Gelände verbessern.
| Origin | Count |
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