Für die Arktis ist ein diskontinuierlicher Albedo Unterschied zwischen hoch reflektierenden Schnee/Eisoberfächen und meist stark absorbierenden Meeresoberflächen typisch. In diesem Teilprojekt wird quantifiziert inwiefern diese Heterogenität der Reflektionseigenschaften der Erdoberfläche (i) den Strahlungsantrieb von Wolken (Erwärmung/Abkühlung), und (ii) die Fernerkundungsprodukte von Wolken und Aerosolpartikeln beeinflussen. Aus diesem Grund werden flugzeuggetragene Messungen und Strahlungstransfermodellierungen vorgeschlagen.
Die zentralen Zielstellungen dieses Teilprojekts sind (i) die Verbesserung im Verständnis von Rückkopplungsmechanismen zwischen der Atmosphäre und Meereis-Ozean in der Arktis, und (ii) eine Quantifizierung der einzelnen Beiträge der atmosphärischen Zirkulation, der atmosphärischen Grenzschicht (ABL) und Wolkenprozesse, sowie die Meereisveränderung in der der zeitlich beobachteten arktischen Klimaveränderung. Die Unterschiede zwischen dem beobachteten Meereisrückgang und Simulationsergebnissen von aktuellen regional gekoppelten Klimamodellen wird beurteilt. Ensemble-Simulationen mit einem gekoppelten regionalen Atmosphäre-Meereis-Ozean Modells des arktischen Klimasystems HIRHAM-NAOSIM werden mit neuen satellitenabgeleiteten Daten von Meereiskonzentrationen, Meereisdicken und Schneetiefe verglichen.
Vertikalprofile von Strahlungsenergie- und Turbulenzenergieflüssen sowie Impulserhaltung werden untersucht durch (i) Verwendung vorheriger Schiffs- und Flugzeugkampagnen, und (ii) durch die Analyse neuer Messungen von zwei geplanten Flugzeugkampagnen über dem Arktischen Ozean. Die beiden neuen Kampagnen beziehen die AWI Forschungsflugzeuge Polar 5 & 6 ein um die vertikalen Flussprofile als Funktion von Wolken- und Meereisbedeckung unter verschiedenen synoptischen Bedingungen zu messen. Die Flugzeugbeobachtungen sind für Mai/Juni 2017 und März 2019 geplant und decken somit Zeiträume starker (Spätwinter) und schwacher (Frühsommer) arktischer Verstärkung ab.
Dieses Teilprojekt befasst sich mit der Rolle von aerosol-optischen Eigenschaften und spektralen Bodenreflektanzen und deren Veränderungen während der derzeitigen arktischen Verstärkung. In diesem Zusammenhang profitiert und verwendet es satellitengetragene Beobachtungen von Spektrometern der letzten 3 Jahrzehnte, welche die aufwärtsgerichtete Radianz am Oberrand der Atmosphäre sowie die extraterrestrische solare Irradianz aus dem Weltall messen. Der anfängliche Fokus wird auf den Daten von MERIS und SeaWiFS liegen. Der Algorithmus ist allerdings allgemein und kann daher auch auf MODIS Daten und andere relevante Quellen angewendet werden. Die Erzeugung eines gemeinsamen und konsistenten Datensatzes wird eines der Zielstellungen dieses Projekts sein.
Dieses Teilprojekt wird die räumliche Feinstruktur von wichtigen atmosphärischen Komponenten entlang des Breitengrades von Nordeuropa via Svalbard bis in den arktischen Ozean untersuchen. Dabei werden schiffs- und flugzeuggebundene Messungen mit denen auf der deutsch/französischen Arktisforschungsstation in Ny-Ålesund auf Svalbard verknüpft. Insbesondere werden wir die breitenabhängige Variabilität des wichtigen klimarelevanten Wasserdampfs, Aerosolen und Wolken auf den Strahlungshaushalt abschätzen.
Dieses Teilprojekt befasst sich mit der Rolle von Aerosolpartikeln im arktischen Klima und deren Änderung in den vergangenen aber auch in zukünftigen Jahrzehnten. Unter Verwendung eines allgemeinen Zirkulationsmodells der neuen Generation wird der Aerosoltransport und der Einfluss auf Strahlung und Wolken untersucht. Basierend auf Modellsimulationen wird der direkte Strahlungsantrieb und damit verbundene dynamische Rückkopplungsmechanismen für die arktische Region quantifiziert. Dies beinhaltet den Einfluss von Alterungs- und Mischungsprozessen auf mikrophysikalische und optische Eigenschaften als auch auf den Schnee/Eis-Albedoantrieb. Ein besonderer Fokus wird dabei auf Rußpartikel resultierend aus vermehrten Schiffs- und Waldbrandemissionen gelegt. Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen und der Aerosol indirekte Strahlungsantrieb werden untersucht.
Dieses Teilprojekt schlägt neuartige Beobachtungsstrategien für arktische Wolken vor durch Kombination von flugzeuggetragenen Fernerkundungsmethoden mit in-situ mikrophysikalischen Messungen von Wolken- und Aerosoleigenschaften. Unter der Verwendung von zwei nebeneinanderfliegenden Flugzeugen (Polar 5 & 6) wird es möglich sein die mikrophysikalischen Partikeleigenschaften innerhalb von Wolken gleichzeitig durch in-situ Sensoren zu messen. Ebenfalls wird die vertikale Säule und deren Strahlungseinfluss mittels Fernerkundungsmessungen oberhalb von Wolken gemessen. Beide Kampagnen werden im Sommer 2017 (ACLOUD, Svalbard) und Frühling 2019 (AFLUX, Svalbard und Grönland) durchgeführt um typische arktische Grenzschichtwolken als Teil der hauptsächlichen experimentellen Aktivitäten innerhalb des TR 172 zu untersuchen.
Dieses Teilprojekt ist begründet durch den Bedarf die Änderungen in der Reflektanz am Oberrand der Atmosphäre (TOA: top-of-atmsophere) und optische Wolkeneigenschaften über die letzten Jahrzehnte, sowie deren Rolle bei der arktischen Verstärkung zu verstehen und zu quantifizieren. Optimierte Ableitungsalgorithmen der TOA Reflektanz und Wolkeneigenschaften werden entwickelt und für den Gebrauch von Beobachtungen von satellitengestützten hyper- /multispektralen Fernerkundungsspektrometern und -radiometern angepasst. Langzeittrends von Wolkenparametern werden analysiert und interpretiert, die aus Messungen der satellitengetragenen spektral aufgelösten Spektrometer und Radiometer abgeleitet werden und seit 1995 vorhanden sind.
Dieser Antrag stellt die Weiterführung unserer Arbeiten aus EarthShape Phase 1 dar. In den vorangegangenen Arbeiten wurde der Einfluss von Klima- und Vegetationsveränderungen seit dem letzten glazialen Maximum bis heute auf die Topographie und Erosionsraten in den EarthShape Untersuchungsgebieten untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen signifikante Änderungen von Vegetation und Erosionsraten während der letzten 21000 Jahre, sowie nicht-lineare Effekte und, von Vegetationsveränderungen abhängige, Schwellenwerte von Erosionsraten. Diese Ergebnisse, sowie die großskaligen Veränderungen von Umweltbedingungen und Tektonik des Känozoikums, motivieren uns in Phase 2, über die größeren Zeitskalen (Millionen Jahre) des Känozoikums zu integrieren um so die Einflüsse der ausgeprägten Klimaänderungen auf die Vegetation und davon bedingten Verwitterungs- und Erosionsraten in der Küstenkordillere Chiles zu untersuchen. Unsere übergreifende Hypothese ist: Ein starkes Abnehmen der CO2-Konzentration der Atmosphäre und ein Klimaentwicklung hin zu kälteren und trockeneren Bedingungen seit dem Übergang vom Eozän zum Oligozän haben (1) zu einer substantiellen Verringerung der Planzenproduktivität und Vegetationsbedeckung geführt. Diese Vegetationsveränderungen haben wiederum (2) zu deutlich veränderten Erosions- und Pflanzen-bedingten Verwitterungsraten geführt. Infolgedessen könnte die rezente Topographie substantiell durch die Vegetationsdynamik der Vergangenheit bedingt sein. Unsere Untersuchung und Bewertung dieser Hypothese baut auf unseren eigenen Arbeiten und den technischen Fortschritten von Partnern aus Phase 1 auf. Wir werden ein gekoppeltes Modellsystem, bestehend aus dem dynamisches Vegetationsmodell LPJ-GUESS und dem Oberflächenprozessmodell LandLab, einsetzen, und es mit Simulationen von Paläo-Klimaänderungen (ECHAM5) der vergangenen 34 Millionen Jahre antreiben. Integraler Bestandteil und neu in unserem Ansatz ist die Verknüpfung des Vegetations- und Oberflächenprozessmodells, um Änderungen der biotischen (pflanzen-bedingten) und abiotischen Verwitterung zu schätzen. Hierzu werden wir: a) quantifizieren, wie dynamische Vegetationsveränderungen die Denudationsraten, Topographie und Tiefenverwitterung beeinflussen; b) bewerten inwiefern von Pflanzen beeinflusste Erosion und Verwitterung von den herrschenden Niederschlagsbedingungen, der Temperatur, und von CO2 Konzentrationen abhängen, und c) pedogene, geochemische, geologische und ökologische Daten aus Phase 1, sowie neue Ergebnisse aus Phase 2 aus anderen Projekten in unser Modellierungskonzept integrieren.
Die Änderungen und Verbindungen zwischen Halogenen und Phytoplankton sowie deren Reaktion auf veränderliche physikalische Eigenschaften (Meereisbedeckung und Dicke, welche abhängig vom Alter, Temperatur, Schichtung, Strahlung, usw. der Ozeanoberfläche und ABL ist) ist der wissenschaftliche Fokus dieses Teilprojekts. Um die Zielsetzungen zu erreichen werden konsistente und gemeinsame Datenprodukte, abgeleitet von Fernerkundungsinstrumenten auf Satelliten, generiert und analysiert um einen genaueren Einblick in die Änderungen der Bestandteile und Phytoplanktonarten sowie CDOM Absorption der letzten Jahrzehnte zu erhalten.
| Origin | Count |
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| Bund | 38 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 38 |
| License | Count |
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| offen | 38 |
| Language | Count |
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| Keine | 17 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 24 |
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