Die Entwicklung arktischer Luftmassen ist wichtig für die Entstehung und Beständigkeit von Wolken und Niederschlag. Zwei Phänomene – warme und feuchte Einflüsse aus dem Süden sowie kalte und trockene Strömungen aus dem Norden – verursachen besonders starke und schnelle Änderungen in den Luftmassen. Während dieser Ereignisse ändern sich die Zustände z.B. der Wolken, der Stabilität und des Feuchtebudgets sowohl räumlich als auch zeitlich. Aufgrund dieser schnellen Änderungen sowie den generellen arktischen Bedingungen mit niedrigen und oft starken Inversionen, ist es schwierig die Prozesse mit globalen Modellen mit einer groben Auflösung sinnvoll wiederzugeben. Um die entscheidenden Prozesse sowohl besser zu erfassen als auch zu parameterisieren, wird in diesem Projekt eine Kombination aus detaillierten Beobachtungen mit dem HALO Flugzeug und hoch-aufgelösten Simulationen mit dem ICON-LEM verwendet. Durch die lange Reichweite des HALO Flugzeuges wird es möglich sein dasselbe Ereignis mehrmals zu messen und dadurch einen breiten Einblick in die Struktur der Luftmasse zu bekommen. Darüber hinaus wird es durch die Lagrangsche, d.h. mit der Strömung mitbewegte, Flugstrategie möglich sein, die zeitliche Entwicklung der Luftmassen während der Ereignisse zu erfassen. Durch lokale Verfeinerungen um den tatsächlichen Flug herum wird die Auflösung des ICON-LEM Setups zwischen 1 km und 100 m variieren. Mit dieser einzigartige Kombination von Flugzeugbeobachtungen und hochauflösender Modellierung wird es möglich sein, das Feuchtebudget während der beobachteten warmen und kalten Einströmungen abzuschätzen. Anhang dieser Abschätzung können anschließend offene Fragen wie die Effizienz des Niederschlages sowie deren Einfluss auf die Beständigkeit der arktischen Mischphasenwolken untersucht werden. Während die Lagrangsche Flugstrategie es ermöglicht neue und einzigartige Forschungsfragen zu untersuchen, stellt sie die Flugplanung vor eine große Herausforderung, da eine gute Abschätzung der Luftströmungen unerlässlich sein wird. Teil dieses Projekts ist es deshalb auch die Flugplanung durch hochaufgelöste Vorhersagen und die Verfolgung bestimmter Luftmassen zu unterstützen. Insbesondere die Berechnung mehrerer Trajektorien wird es ermöglichen die verbleibenden Unsicherheiten abzuschätzen und sinnvolle Flugmuster vorzuschlagen. Die vorgeschlagene Kombination von Flugzeugbeobachtungen und hochauflösender Modellierung wird zu einem besseren Verständnis der Änderungen im Feuchtebudget und der Erhaltung von Mischphasenwolken während der feuchten sowie kalten Luftströmungen in der Arktis führen.
Im Projekt FRAGILE beabsichtigen wir spektrale, polarimetrische Mehrfrequenzradarbeobachtungen mit neuartigen Lagrangen Superpartikelmodellen und Laborstudien zu kombinieren, um eismikrophysikalische Prozesse in Wolken zu untersuchen. Übereinstimmend mit früheren Studien, finden wir in polarimetrischen Radarbeobachtungen klare Hinweise auf die Bildung von neuen Eiskristallen, insbesondere innerhalb der Wachstumszone von dendritischen Partikeln. Die Fragmentierung von Eis- und Schneepartikeln wird seit vielen Jahren als potenzieller Kandidat für die Erklärung dieser Radarmerkmale diskutiert, aber unser derzeitiges Wissen über diesen Prozess ist immer noch sehr unzureichend. In FRAGILE möchten wir neue Laborexperimente durchführen, u.a. Kollisionsexperimente in einem Kälteraum und in einem gekühlten Windkanal, um eine mögliche Fragmentierung von Schneeflocken oder bereiften Partikeln direkt zu beobachten und zu quantifizieren. Die Ergebnisse der Laborexperimente werden dabei helfen Modellparametrisierungen zu verbessern. Die Modellsimulationen werden wir in synthetischen Radarsignaturen umwandeln, um sie dann mit unserem vorhandenen mehrmonatigen polarimetrischen Wolkenradarbeobachtungen realer Wolken vergleichen zu können. Sobald die numerisch teuren 1D-Lagrange-Superpartikelmodellierung ausreichen mit den Beobachtungen übereinstimmen, werden wir Methoden des maschinellen Lernens anwenden, um Parametrisierungen abzuleiten, welche dann in Wettervorhersagemodellen, wie dem ICON-Modell des Deutschen Wetterdienstes eingesetzt werden können. Falls Fragmentierung ein wesentlicher Mechanismus für die Entstehung kleiner Eiskristalle ist, erwarten wir, dass eine Implementierung von Fragmentierung in Modellen unsere Fähigkeit, die Entwicklung von Wolken und Niederschlag zu simulieren, erheblich verbessern wird.
Bei sekundärmetallurgischen Raffinationsprozessen durchläuft das Reaktionssystem Stahlschmelze/Topschlacke in der Regel oxidativ, amphoter und reduktiv geprägte Zeitphasen. Steuernde Komponente ist das sauerstoffaffine Element Aluminium, das heute allgemein als starkes Desoxidationsmittel eingesetzt wird. Am Reaktionsablauf sind die Schlackenkomponenten Fe2O3, FeO, MnO, P2O5, SiO2 und die Komponenten O, S Al der Stahlschmelze beteiligt. Im Rahmen des vorgelegten Forschungsvorhabens sind folgende Arbeitsschritte vorgesehen: - Entwicklung konsistenter Reaktionsmechanismen für oxidative und reduktive Prozessphasen- Modellierung der transportgesteuerten Reaktionskinetik- Evaluierung des entwickelten Modells mit Daten und Informationen der realen Raffinationstechnik im Stahlwerk. Ziel ist die Entwicklung eines Simulationsmodells der Raffination von Stahlschmelzen mit Topschlacken, in dem die Phasen Desoxidation, Schlackenreduktion und Stahlentschwefelung zusammengefasst sind. Die Arbeit wird auch Aufschlüsse liefern über bisher wenig beachtete Einflussgrößen auf den oxidischen Reinheitsgrad von Stahlschmelzen.
The CHAMP mission provided a great amount of geomagnetic data all over the globe from 2000 to 2010. Its dense data coverage has allowed us to build GRIMM - GFZ Reference Internal Magnetic Model - which has the highest ever resolution for the core field in both space and time. We have already modeled the fluid flow in the Earth's outer core by applying the diffusionless magnetic induction equation to the latest version of GRIMM, to find that the flow evolves on subdecadal timescales, with a remarkable correlation to the observed fluctuation of Earth rotation. These flow models corroborated the presence of six-year torsional oscillations in the outer core fluid. Torsional oscillation (TO) is a type of hydromagnetic wave, theoretically considered to form the most important element of decadal or subdecadal core dynamics. It consists of relative azimuthal rotations of rigid fluid annuli coaxial with the mantle's rotation and dynamically coupled with the mantle and inner core. In preceding works, the TOs have been studied by numerical simulations, either with full numerical dynamos, or solving eigenvalue problems ideally representing the TO system. While these studies drew insights about dynamical aspects of the modeled TOs, they did not directly take into account the observations of geomagnetic field and Earth rotation. Particularly, there have been no observation-based studies for the TO using satellite magnetic data or models. In the proposed project, we aim at revealing the subdecadal dynamics and energetics of the Earth's core-mantle system on the basis of satellite magnetic observations. To that end, we will carry out four work packages (1) to (4), for all of which we use GRIMM. (1) We perform timeseries analyses of core field and flow models, to carefully extract the signals from TOs at different latitudes. (2) We refine the conventional flow modeling scheme by parameterizing the magnetic diffusion at the core surface. Here, the diffusion term is reinstated in the magnetic induction equation, which is dynamically constrained by relating it to the Lorentz term in the Navier-stokes equation. (3) We develop a method to compute the electromagnetic core-mantle coupling torque on the core fluid annuli, whereby the energy dissipation due to the Joule heating is evaluated for each annulus. This analysis would provide insights on whether the Earth's TOs are free or forced oscillations. (4) Bringing together physical implications and computational tools obtained by (1) to (3), we finally construct a dynamical model for the Earth's TOs and core-mantle coupling such that they are consistent with GRIMM and Earth rotation observation. This modeling is unique in that the force balances concerning the TOs are investigated in time domain, as well as that the modeling also aims at improving the observation-based core flow model by considering the core dynamics.
This project will provide quantitative estimates of the flow of low-salinity warm water through the Indonesian Gateway on suborbital timescales during MIS 2 and 3 (focusing on Dansgaard Oeschger (D-O) oscillations) and will assess the Indonesian Throughflow (ITF) s impact on the hydrography of the eastern Indian Ocean and global thermohaline circulation during this critical interval of high climate variability. ITF fluctuations, associated with sea level change, temperature and salinity variations in the West Pacific Warm Pool (WPWP) strongly influence precipitation over Australia, the strength of the southeast-Asian summer monsoon, and the intensity of warm meridional currents in the Indian Ocean. We will test the hypothesis that increased ITF is associated with warm interstadials of MIS 3, whereas a strong reduction in ITF occurred during stadials. We will use as main proxies planktonic and benthic foraminiferal isotopes in conjunction with Mg/Ca temperature estimates and radiogenic isotopes (mainly Nd) as tracers of Pacific water masses along depth transects in the Timor Passage and the eastern Indian Ocean. This project will provide the paleoceanographic framework that will be crucial to validate and refine circulation models of D-O events and high-frequency climate variability on a global scale.
Der Oberflächenfilm (SML) ist die oberste dünne Schicht des Ozeans und Teil jeglicher Wechselwirkung zwischen Luft und Meer, wie Gasaustausch, atmosphärische Deposition und Aerosolemission. Die Anreicherung von organischer Materie (OM) in der SML modifiziert die Luft-Meer-Austauschprozesse, aber welche OM-Komponenten selektiv angereichert werden, sowie warum und wann sie dies tun, ist weitgehend unbekannt (Engel et al., 2017). Unsere bisherige Forschung hat gezeigt, dass Biopolymere aus photoautotropher Produktion wichtige Komponenten der SML sind und den Luft-Meer-Austausch beeinflussen, indem sie als Biotenside (Galgani et al., 2016; Engel et al., 2018) und als Quelle primärer organischer Aerosole (Trueblood et al., 2021) wirken. Die Motivation unseres Projektes ist es daher, die dynamischen Anreicherungsprozesse von OM in der SML aufzuklären und zu beschreiben, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Auflösung der OM-Quellen liegt. Mit unserem Modellierungsansatz ist es das Ziel, unser mechanistisches Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Wachstumsbedingungen des Planktons, der Produktion und der Freisetzung von Biomolekülen, einschließlich potentieller Tenside, und der Akkumulation von OM in der SML zu konsolidieren. Eine solche Modellentwicklung wird in hohem Maße von den Ergebnissen und Erkenntnissen der verschiedenen Teilprojekte des BASS-Konsortiums profitieren. Umgekehrt ist es unsere Motivation, ein Modell zu etablieren, das als Synthesewerkzeug für die Interpretation und Integration von Feld-, Mesokosmen- und Labormessungen der OM-Anreicherung in der SML anwendbar wird.Relevanz für die Forschungsgruppe BASS - SP1.1 wird die Quellen, die Menge und die biochemische Zusammensetzung von OM in der SML entschlüsseln und damit wichtige Informationen für alle BASS-Teilprojekte liefern. Der primäre Ursprung von OM im Oberflächenozean ist die photosynthetische Produktion und die wichtigsten biochemischen Komponenten von frisch produzierter OM, d.h. Kohlenhydrate, Aminosäuren und Lipide, unterliegen der mikrobiellen Verarbeitung (SP1.2) und Photoreaktionen innerhalb der SML (SP1.3, SP1.4) und füllen auch den Pool der gelösten organischen Substanz (DOM) auf (SP1.5). Die Modellentwicklung in SP1.1 stellt eine Verbindung zwischen der Produktion von OM und ihrer Anreicherung innerhalb der SML her und zielt darauf ab, die entsprechenden Auswirkungen auf den Luft-Meer-Gasaustausch (SP2.1) zu bestimmen, indem Änderungen des Impulsflusses auf den Ozeanoberflächenschichten (SP2.2) sowie des Auftriebs (SP2.3) berücksichtigt werden. Das vorgeschlagene SML-Submodell wird auf der Grundlage der Ergebnisse aus SP1.4 und SP2.3 verfeinert. Ergebnisse aus den Modellsensitivitätsanalysen werden ergänzende Informationen über oberflächenaktive Eigenschaften verschiedener OM Komponenten und deren Auswirkungen auf Luft-Meer-Austauschprozesse liefern, die innerhalb von BASS ausgewertet werden.
Ökologische Stabilität ist der Schlüssel zur Vorhersage der Folgen von Umweltveränderungen, denn sie umfasst Aspekte der Antwort auf verschiedene Störungsszenarien, zum Beispiel die Fähigkeit, Veränderungen zu widerstehen, diese zu absorbieren oder sich von ihnen zu erholen. Die wichtigsten Fortschritte bei der wissenschaftlichen Bewertung der ökologischen Stabilität in jüngster Zeit ergaben sich aus i) der Anerkennung der mehrdimensionalen Natur der Stabilität, ii) der Unterscheidung zwischen der Stabilität funktioneller Eigenschaften eines Ökosystems und der Stabilität der Zusammensetzung der Gemeinschaft und iii) der Erkenntnis der Bedeutung der räumlichen Dynamik für das Verständnis der lokalen Stabilitätseigenschaften. Trotz dieser Fortschritte wird unser Verständnis der Stabilität (und ihrer Verwendung in den Ökologie- und Umweltwissenschaften) immer noch durch unsere Unfähigkeit behindert, die Stabilität der Gemeinschaft anhand artspezifischer Leistungen und Merkmale vorherzusagen. Das Verständnis der Beiträge der Arten zur Stabilität ist das Hauptziel dieses Projektantrages. Wir werden Metriken verfeinern und testen, die die Reaktionen der Arten auf sich ändernde Umgebungen erfassen, und diese Metriken verwenden, um die Stabilität von Lebensgemeinschaften anhand der Leistung einzelner Arten vorherzusagen und die vorhergesagte Stabilität mit der beobachteten zu vergleichen. Die Arbeit ist in vier Arbeitspakete unterteilt, die Simulationen und Datenanalyse (WP 1) kombinieren mit drei experimentellen Arbeitspaketen zunehmender Komplexität (WP2-4). Die Metaanalyse in WP 1 verwendet kürzlich entwickelte Methoden zur Zerlegung von Stabilität, um Arten zu identifizieren, die zur Stabilität oder Verwundbarkeit in verschiedenen Arten von Ökosystemen und Organismen beitragen. Für die Experimente werden marine Planktongemeinschaften unterschiedlichen Trends und Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Diese Experimente werden von einem Bottom-up-Ansatz ausgehen, bei dem Arten mit bekannten Reaktionen zu Artenpaaren und Zusammenstellungen mit geringer Diversität kombiniert werden, wobei die erwartete mit der beobachteten Stabilität verglichen wird (WP 2). In WP 3 werden wir mithilfe eines Metacommunity-Setups testen, wie die Vorhersagbarkeit von Stabilitätsaspekten wie Resistenz, Resilienz, Erholungsfähigkeit und zeitliche Stabilität von der Konnektivität im Raum abhängt. Schließlich werden wir Mesokosmen verwenden, um zu testen, ob dieselben Merkmale die Stabilität der Phytoplanktongemeinschaft in Abwesenheit oder Gegenwart eines generalistischen Zooplankton-Verbrauchers beeinflussen.
Mit dem hier vorgestellten Projekt wollen wir zwei Fragen beantworten, die momentan im Zusammenhang mit zunehmendem Schmelzen des grönländischen Eisschildes heiß diskutiert werden: der Zeitpunkt ersten Auftretens von Veränderungen im subpolaren Nordatlantik und die Wahrscheinlichkeit von Extremereignissen im Ozean jeweils hervorgerufen durch einen verstärkten bis außergewöhnlich starken Schmelzwassereintrag. Beides werden wir mit Hilfe von Simulationen mit dem neuen, bereits getesteten globalen Klimamodell FOCI-VIKING10 quantifizieren. Dieses einzigartige Modell ist für die Aufgabe besonders geeignet, weil es durch eingebettetes 2-Wege Nesting eine höhere Ozeangitterauflösung von 1/10° im Nordatlantik (30°-85°N) ermöglicht. In einer Reihe von multidekadischen Simulationen mit globaler Erwärmung von 1958-2050 schreiben wir unterschiedliche Projektionen des zukünftigen Schmelzwasserabflusses von Grönland vor, indem wir die lokalen, beobachteten Abflussraten bis 2016 verwenden und für die Folgejahre die lokalen Trends extrapolieren. Ergänzt werden die Trends durch stochastische Variabilität und systematisch eingefügte Extremwerte. Darüber hinaus werden wir neue Wege für die Modellvalidierung gehen, indem gezielt Satelliten- und Argo-float-Daten des meeresoberflächennahen Salzgehaltes auf räumliche und zeitliche Variabilität analysiert und verglichen werden. Als Hauptergebnis des Projektes werden wir Angaben zu Ort, Zeit und Größe der Veränderungen bereitstellen, mit denen der Ozean auf einen realistisch ansteigenden Schmelzwasserabfluss von Grönland reagiert, sowie Einblick in einen möglichen Einfluss auf das europäische Wetter und Klima geben.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 264 |
| Europa | 1 |
| Land | 15 |
| Weitere | 4 |
| Wissenschaft | 62 |
| Zivilgesellschaft | 9 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 196 |
| Gesetzestext | 1 |
| Text | 71 |
| Umweltprüfung | 14 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 17 |
| Offen | 196 |
| Unbekannt | 69 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 220 |
| Englisch | 75 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 70 |
| Bild | 1 |
| Datei | 4 |
| Dokument | 80 |
| Keine | 141 |
| Webseite | 62 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 211 |
| Lebewesen und Lebensräume | 220 |
| Luft | 173 |
| Mensch und Umwelt | 282 |
| Wasser | 157 |
| Weitere | 282 |