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Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Winkelabhängige Lichtstreuung atmosphärischer Eispartikel - Von Einzelpartikelmessungen zu einer globalen Beobachtung der Mikrophysik und Strahlungseigenschaften von Zirren

Im Rahmen dieses Projekts soll das Wolkenpartikelinstrument PHIPS-HALO des KIT um die Messung der winkelabhängigen Polarisation von einzelnen Eispartikeln im rückwärtigen Streuwinkelbereich erweitert werden. Diese Messung ergänzt die bestehenden PHIPS-HALO-Messmethoden zur Erfassung der Partikelform sowie der winkelabhängigen Streufunktion. Die neuen Messmöglichkeiten des PHIPS-HALO/SID-3 Instrumentpakets des KIT werden in der Wolkensimulationskammer AIDA umfangreich getestet und charakterisiert, um diese am Ende der ersten Förderperiode für Messungen auf HALO zur Verfügung zu haben. Dadurch werden schon im Vorfeld der nächsten, für den Winter 2018/2019 geplanten Zirrusmission neuartige relevante Datensätze gewonnen, die von großem Nutzen für die Atmosphärenwissenschaft sein werden. Zusätzlich zu den Labormessungen, soll das verbesserte PHIPS-HALO Instrument sowie das PHIPS-HALO/SID-3 Instrumentpaket im Rahmen des Projekts auch auf anderen Messflugzeugen betrieben und getestet werden. Mit den erweiterten Messmöglichkeiten des PHIPS-HALO/SID-3 Instrumentpakets können in zukünftigen HALO-Missionen Validierungen von Satellitenbeobachtungen durchgeführt werden, die sich auf Polarisationsmessmethoden stützen. Da diese Messmethoden sehr empfindlich auf die Komplexität der Form sowie der Oberflächenrauheit der Eispartikel sind, könnte auf Basis solcher Validierungsmissionen die Frage geklärt werden, ob die Eispartikelkomplexität eine dominante mikrophysikalische Eigenschaft von Zirren ist. Sollte dies der Fall sein, würden Wolkeneispartikel einen deutlich anderen Strahlungseinfluss auf den Wärmehaushalt der Erde haben als bisher angenommen.

Immissions- und Emissionsmessungen von Bioaerosolen im Bereich von Geflügel- und Schweinestallungen (Luquasta) - Teilbereich HBLFA Raumberg-Gumpenstein

Bedeutung des Projekts für die Praxis: Die Daten sollen einen Hinweis darauf geben, ob die Maßnahmen in der Landwirtschaft im Luftreinhalteprogramm 2014 des Landes Steiermark eine Minimierung der Bioaerosol Konzentration in der Luft bewirken können. In einem Merkblatt werden Faktoren, die zur Minimierung der Konzentration luftgetragener Keime und Partikel führen, aufgeführt. Wenn zwischen Kontaminationsquellen und Anrainern eine Übertragung von Staub und seinen biologischen Bestandteilen bzw. Keim- und Staubemission weitgehend ausgeschlossen werden kann, sind normalerweise aus umweltmedizinischer Sicht Emissions-minderungsmaßnahmen nicht erforderlich. Mit den vorliegenden Ergebnissen besteht die Möglichkeit ein für die Steiermark und anderen Ländern gültiges Konzept mit regionalspezifischer Vorgehensweise zu erarbeiten. Zielsetzung: Die HBLFA Raumberg-Gumpenstein, Abt. Tierhaltungssysteme, Technik & Emissionen, Institut für Tier, Technik und Umwelt ist im gegenständlichen Projekt (genehmigter Antrag wurde durch die Medizinische Universität Graz gestellt, Nr. 101263/3) entscheidend an der Auswahl der Versuchsbetriebe beteiligt, sie stellt zum Teil die Kontakte zu den Betriebsleitern her, übernimmt in den einzelnen Messkampagnen die Emissionsmessungen an den Kaminöffnungen der Projektbetriebe und ist den gesamten Projektablauf (Planung der Messungen, regelmäßige Besprechungen, Diskussion der Auswertungsergebnisse, Erstellung des Abschlussberichtes) involviert. Des Weiteren werden an den jeweiligen Messtagen auf den Projektbetrieben der Status der Lüftungstechnik (Ansteuerungsleistung der Ventilatoren, Messung der Abluftgeschwindigkeit ...) sowie die Bedingungen im Stall und Tierbereich (Temperatur, Feuchte, Tiergewichte, Futtermittel, Einstreu ...) dokumentiert Das Ziel dieses Projekts besteht darin, den Istzustand der Emissionen und Immissionen von Bioaerosolen und Feinstaubpartikeln im Bereich von Tierhaltungsanlagen mit verschiedenen Messstrategien zu erheben. Für die Beurteilung der anlagenbezogenen Emissionen und Immissionen wird vergleichend die natürliche Hintergrundkonzentration der Bioaerosole und Feinstaubpartikel in der Umgebungsluft bestimmt. Es gilt festzustellen, ob die Keimkonzentrationen der Umgebungsluft aus der Stallluft resultieren. Die Leitparameter (Keime bzw. biogene Substanzen), welche in VDI 4250 Blatt 3 (2016) Richtlinie zur Emissions- und Immissionsbeurteilung herangezogen werden, werden auf ihre Adaptierbarkeit überprüft. Für die zukünftigen Bewertungen der Immissionen werden Ausbreitungsrechnungen durchgeführt, um die Fläche des Areals zu definieren, in dem ein neu zu errichtendes Stallgebäude für die Haltung von Nutztieren stehen soll. Die Daten aus der vorliegenden Studie werden mit den Ergebnissen und Bewertungen anderer EU Länder verglichen, um ein Konzept für eine Bewertungsgrundlage zu erstellen. (Text gekürzt)

Untersuchungen zur Bedeutung von Filterorganismen in limnischen Oekosystemen

Filterorganismen wie Suesswasserschwaemme, Bryozoen und Muscheln nehmen mit dem Wasserstrom Partikel entsprechend der Groesse ihres 'Filterporenapparates' auf. Die Belastbarkeit des jeweiligen Filtersystems soll quantitativ erfasst werden, dabei ist die gesamte Population zu kartieren und das Auswahl- und Anreicherungsvermoegen der einzelnen Arten zu analysieren. Angestrebt wird eine Bestimmung des Teils an der biologischen Selbstreinigung des untersuchten Gewaessers.

Untersuchung mikrophysikalischer Prozesse bei der Schneefallformation in mittleren Breiten

Niederschlag ist eine wichtige, aber schlecht verstandene Komponente unseres Klimasystems. Die genauen Prozesse, durch die Eiskristalle, flüssiges Wasser, Wolkendynamik und Aerosolpartikel bei der Niederschlagsbildung zusammenwirken, sind nicht ausreichend verstanden. Da überall außer über den subtropischen Ozeanen der meiste Niederschlag in Wolken über die Eisphase gebildet wird, sind die Prozesse der Schneefallbildung nicht nur in den polaren, sondern auch in den mittleren Breiten von großer Bedeutung: Wachstum in übersättigter Luft führt zu unzähligen Kristallformen, die von Temperatur, Feuchtigkeit und deren turbulenten Schwankungen abhängen. Durch Aggregation verbinden sich einzelne Kristalle zu komplexen Schneeflocken. Bereifung beschreibt das Anfrieren kleiner Tröpfchen an den Eiskristallen, so dass diese schnell an Masse gewinnen. Dadurch ist die Form der Schneeteilchen - wenn sie beobachtet wird, bevor das Teilchen zu einem Regentropfen schmilzt - ein Fingerabdruck der vorherrschenden Prozesse während der Schneefallbildung. In EMPOS schlagen wir vor, diese Fingerabdrücke zu nutzen, um zu quantifizieren, wie die verschiedenen Prozesse der Schneefallbildung zu Masse oder Häufigkeit des Gesamtniederschlag beitragen. Zu diesem Zweck werden wir die Datenprodukte des innovativen Video In Situ Snowfall Sensors (VISSS) weiterentwickeln, um Riming und Aggregation während einer speziellen Messkampagne in Hyytiälä, Finnland, zu quantifizieren. Die Beobachtungen werden mit dem ICON-Modell verglichen, in welches das fortschrittliche P3 Mikrophysikschema (Predicted Particle Properties) mit einem neuartigen Ansatz zur Behandlung von bereiften Partikeln implementiert ist. Durch dieses kombinierte Beobachtungs- und Modellierungsprojekt wird es möglich zu quantifizieren, wie die einzelnen Wolkenprozesse an der Schneefallbildung beteiligt sind, und zwar in Bezug auf die Häufigkeit des Auftretens und die Gesamtschneemasse. Darüber hinaus werden wir diese Wolkenprozesse in Abhängigkeit von makrophysikalischen Wolkeneigenschaften wie Wolkentiefe und synoptischen Einflüssen analysieren. Auf der Grundlage von Vergleichen zwischen Modell und Beobachtungen, die sowohl mittels Fallstudien als auch für einen längeren Zeitraum durchgeführt werden, werden wir die Schneefallsimulation in ICON im Standard-Zweimomentenschema und im P3-Mikrophysikschema bewerten und verbessern.

Etablierung einer Kreislaufwirtschaft zu Wärmedämmplatten aus geschäumten Polystyrol, Teilvorhaben: Aufbereitung und Weiterverarbeitung von EPS-Baustellen-Abfällen

Festiger zur Konservierung von Kalkmörtel und Sandstein auf Basis von Dispersionen aus Nanokalk und natürlichem hydraulischen Kalk, Teilprojekt 1

Festiger zur Konservierung von Kalkmörtel und Sandstein auf Basis von Dispersionen aus Nanokalk und natürlichem hydraulischen Kalk, TP2: Konservatorisch-Restauratorische Bewertung

Biogeochemie des Kohlenstoffs und Stickstoffs im Arabischen Meer - ein Beitrag zur Internationalen Indian Ocean Expedition 2, Vorhaben: Die winterlichen Partikelflüsse innerhalb der Sauerstoff-Minimumzone SMZ vor Pakistan

Natürliche Nanopartikel und Kolloide in bewaldeten Europäischen Quellgebieten: Neue Erkenntnisse über raumzeitliche Dynamiken und potentielle Herkunft

Natürliche Nanopartikel (NNP) und bodenstämmige Kolloide werden zunehmend als hoch relevante Transportform von Elementen in wässrigen Phasen von Ökosystemen anerkannt. Zur elementaren Zusammensetzung dieser Partikel und deren Größenspanne liegen erste Erkenntnisse vor, jedoch fehlen weiterhin wichtige fundamentale Informationen über deren zeitliche Dynamiken und deren Herkunft. Die Ziele dieses Projektes sind (i) die zeitlichen Dynamiken von NNP und Kolloiden aufzudecken, (ii) den Einfluss von signifikant erhöhten Abflussereignissen auf den Export von NNP und Kolloid-bedingtem Transport aufzuklären und (iii) die potentielle Herkunft von Bachwasser-NNP und Kolloiden zu erklären. Um eine Vorstellung über die Validität der Ergebnisse (iv) auf europäischer Skala und durch verschiedene Ökosysteme zu bekommen, werden die Analysen an Bachwasserproben von verschiedenen Dauerbeobachtungsflächen durch Europa durchgeführt. Diese Standorte, mit denen ich bereits erste eigene wissenschaftliche Kooperationen etablieren konnte, bieten Daten über die Böden, die Gewässerchemie und Stoffflüsse innerhalb des Ökosystems. Die Analytik wird mit Hilfe von Kombinationsverfahren der Feld Fluss Fraktionierung (FFF) durchgeführt. Für ausgewählte Proben wird größen- und elementspezifische Analytik von NNP und Kolloiden mit der Analyse von Lignin Phenolen, der natürlichen Häufigkeitsermittlung von 13C, Radiokarbondatierung und zusätzlicher d56Fe Analytik kombiniert. Durch die Kombination der Daten sollte es möglich sein das Vorkommen und die Variabilität von NNP und Kolloiden als vorherrschende Elementtransportform, sowie deren Herkunft aus verschiedenen Bodenhorizonten und die generelle Validität meiner Ergebnisse auf unterschiedliche Standorte in Europa besser verstehen zu können.

Untersuchung des Phasenzustands und der photochemischen Alterung von braunem Kohlenstoff und deren Auswirkungen auf die mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften von Aerosolen und Wolken

Das Verständnis darüber, wie lichtabsorbierende atmosphärische Aerosole, insbesondere brauner Kohlenstoff (BrC-Aerosole), das Klima beeinflusst, bleibt eine zentrale Unsicherheit in der Atmosphärenforschung. Vorläufige, an einzelnen Tröpfchen von BrC-Aerosolen durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass gängige atmosphärische Prozesse wie Aerosolverdunstung und simulierte Sonneneinstrahlung zu einer Änderung des Phasenzustands des Aerosols von flüssigen Tröpfchen zu einer semi-festen Phase führen. Diese Änderung des Phasenzustands wirkt sich auf die Bildung von Wolkentröpfchen und die nachfolgenden optischen Eigenschaften der Wolken aus (z.B. die Absorption und Streuung der Sonnenstrahlung und die Lebensdauer der Wolken). Daher zielt dieser Projektantrag darauf ab, den Einfluss des BrC-Aerosol-Phasenzustands und der photochemischen Alterung auf die mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften von Aerosolen und Wolken zu bestimmen. Für die Experimente sollen die Einrichtungen des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Aerosolforschung (IMK-AAF) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) genutzt werden, darunter Einzelpartikelexperimente, die mit einer elektrodynamischen Waage (EDB) durchgeführt werden, sowie Aerosol-Ensemble-Messungen, die mit der Aerosol- und Wolkensimulationskammer AIDA durchgeführt werden. Zu den Hauptzielen des Projekts, das Einzelpartikelmessungen beinhaltet, gehören die Untersuchung des Phasenzustands und der Morphologie verschiedener Arten von BrC-Aerosolen über einen Bereich atmosphärisch relevanter Bedingungen; die Bestimmung des Phasenzustands von BrC-Aerosolen, wenn es mit einer anorganischen Komponente gemischt wird; und die Bestimmung des Effekts der photochemischen Alterung auf den Phasenzustand sowie die chemische Zusammensetzung und die optischen Eigenschaften von BrC-Aerosolen. Die Hauptziele des Projekts, das Aerosol-Ensemble-Messungen beinhaltet, sind die Untersuchung des Einflusses des Phasenzustands von BrC-Aerosol und der photochemischen Alterung auf die Bildung von Wolkentröpfchen sowie die Eiskeimbildung und die damit verbundenen optischen Eigenschaften von Aerosol und Wolken. Insgesamt wird dieses Projekt das Verständnis der Rolle von lichtabsorbierenden Aerosolen für das Klima verbessern.

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