In der oberen Erdatmosphäre ab 70 km herrschen spezielle Bedingungen, die ein Leuchten im sichtbaren und infraroten Licht verursachen. Die Airglow genannten Emissionen werden durch solare extreme Ultraviolettstrahlung hervorgerufen, die Luftmoleküle zerstört und Atome ionisert. Daraufhin finden diverse chemische Reaktionen und physikalische Prozesse statt, die teilweise zur Lichtemission durch verschiedene Atome und Moleküle führen. Bedeutend sind z.B. die Beiträge durch Sauerstoff- und Natriumatome sowie Hydroxyl-, Sauerstoff- und Eisenoxidmoleküle. Airglow ist zeitlich und räumlich sehr variabel und die damit verbundenen komplexen Prozesse sind noch nicht vollständig verstanden.Die direkte Erforschung der oberen Atmosphäre ist schwierig, da nur Raketen diese Höhe erreichen können. Daher werden hauptsächlich erd- und satellitengebundene Fernerkundungsmethoden angewendet. Die verbreitetsten Messverfahren erfassen nur einen kleinen Teil des Lichtspektrums, womit viele der gleichzeitigen und teilweise verknüpften Emissionen nicht studiert werden können.Eine bisher wenig genutzte aber vielversprechende Methode zur Airglowmessung sind astronomische Spektren von bodengebundenen Teleskopen. Neben dem Licht vom astronomischen Objekt zeigen diese immer auch atmosphärische Emissionen. Für astronomische Anwendungen müssen diese Beiträge aufwändig entfernt werden, aber für die Atmosphärenforschung sind sie wertvoll, zumal die Spektrographen an großen Teleskopen besonders leistungsfähig sind. Speziell Instrumente, die einen großen Spektralbereich abdecken, erlauben simultane Messungen von vielen verschiedenen Airglowemissionen.Das geplante Projekt wird auf Aufnahmen verschiedener Spektrographen am Very Large Telescope in Nordchile und Apache Point Observatory in New Mexico basieren. Der volle Datensatz, beginnend im Jahr 2000, wird um die 100.000 Spektren umfassen. Er wird viel größer sein als alles was bisher unter Nutzung von astronomischen Daten zur Erdatmosphäre publiziert worden ist.Das Projektziel ist die Charakterisierung der zeitlichen Variationen aller beobachtbaren Airglowemissionen in der oberen Erdatmosphäre mit besonderen Fokus auf (1) Linienemissionen von Hydroxyl- und Sauerstoffmolekülen, besonders im Hinblick auf ihren Wert als Temperaturindikator für die Klimaforschung, (2) Kontinuumsemission von Metall- und Stickoxiden und (3) hochvariablen aber zumeist schwachen Linienemissionen in der Ionosphäre. Die Analyse wird auch Modell-, ergänzende Satelliten- und bodengestützte Daten berücksichtigen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden einen signifikanten Beitrag zum Verständnis der chemischen und physikalischen Prozesse in der oberen Atmosphäre, aber auch zur Atom- und Molekülphysik liefern. Mit besseren Modellen der Emissionen wird es auch möglich werden die natürliche Nachthimmelshelligkeit genauer abzuschätzen und astronomische Daten besser zu verarbeiten.
Many ecosystems around the globe are affected by the impacts of land-use or vegetation change, which have become necessary to comply with food demand, raising crop prices and lately the demand for bioenergy production and the effects of climate change. Extreme land-use changes often lead to manifold adverse effects on the land and water resources such as land degradation and desertification, increased soil erosion, nutrient depletion, pesticide and nutrient contamination of water resources and changes in runoff regimes. For the state Brandenburg in Germany, for example, an intensification of agricultural production is predicted for the near future due to an increased demand for biofuel production, however the impacts of intensive farming methods with e.g. maize and rape monocultures on the water and biogeochemical cycle and land resources are uncertain and potentially lead to increased use of fertilisers, pesticides and nitrification of water resources. The Central parts of Brazil, in the Mato Grosso region within the Amazon Basin, is another example where large areas of natural forests were replaced by cropland for food and bioenergy production, resulting in a major shift in ecosystem stability. A third example of unsustainable land-use change is the south-western part of the United States, where massive overgrazing led to an irreversible, ongoing desertification and land degradation from productive grassland to desert shrubland. The increasing recognition of the importance of ecohydrological processes in understanding the link between the hydrologic cycle and vegetation and land-use change dynamics has enforced the need for future research to consider the interdependence, interactions and feedback mechanisms between ecological and hydrological processes. In this project, ecohydrological process understanding will be derived through detailed temporal and spatially distributed field sampling in different ecosystems around the globe. An integrated ecohydrological modelling tools at the micro- and meso-scale will be developed and applied to vegetation dynamics and land-use change scenarios for study sites in Brandenburg (Germany), Mato Grosso (Brazil) and Jornada (New Mexico, USA). It is expected that the development and application of the novel ecohydrological, process-based modelling tools at the interface between hydrology and ecology will provide valuable insights for the understanding, controlling and water and land-use management of emerging problems and crises related to climate, vegetation and land-use change.