Wolken und Niederschlag gehören zu den größten Herausforderungen für derzeitige Wetter- und Klimamodelle. Der letzte IPCC Bericht stellt heraus, dass insbesondere die mikrophysikalischen Prozesse in Mischphasenwolken bestehend aus Eis und flüssigen Wasser bislang nur unzureichend verstanden sind was wiederum eine bessere Modellierung dieser Wolken erschwert. Mischphasenwolken kommen besonders häufig in den höheren Breiten vor, aber auch die meisten Wolken und Niederschlagprozesse in mittleren Breiten sind eng mit den Eis- und Schneepartikeln im Oberteil der Wolke verknüpft.Um unser Verständnis von diesen zentralen Prozessen zu verbessern, wie etwa die Frage wie Eisteilchen entstehen oder wie sie zu Schnee- oder Graupelpartikel anwachsen, benötigen wir umfangreiche Beobachtungsdatensätze als Basis um Modellparametrisierungen weiter zu verbessern.Daher möchten wir in diesem Projekt neueste Fernerkundungsverfahren, wie etwa Radarpolarimetrie, Dreifrequenzradar und die Radardopplerspektren, optimal mit passiven Beobachtungen und neuartigen in-situ Sensoren kombinieren. Nur durch die Kombination verschiedener Beobachtungstechniken, hat man die Möglichkeit die verschiedenen Einflussgrößen der zugrunde liegenden Prozesse zu unterscheiden. Dazu werden wir die Beobachtungsmöglichkeiten bestehender Infrastruktur mit neuen Messgeräten grundlegend erweitern, um die beschriebenen Prozesse in bislang unerreichter Genauigkeit zu beobachten.Da Fernerkundungsmessungen (z.B. Radarreflektivität) immer eine indirekte Messung der eigentlichen Modellgröße (etwa Eiswassergehalt) sind, werden wir einen Forwärtsoperator entwickeln, mit dem man aus den Modellsimulationen synthetische Beobachtungen erzeugen kann. Damit lassen sich reale und synthetische Messgrößen direkt vergleichen. Ein zentraler neuer Bestandteil des Forwärtsoperators wird dabei eine Datenbank der Streueigenschaften von Schnee- und Eispartikel sein. Um einen frei-zugänglichen Streudatensatz zu erzeugen, werden wir bereits zur Verfügung stehende Datensätze mit eigenen Streurechnungen kombinieren.Schließlich werden die Kombination aus neuen Beobachtungsverfahren und Forwärtsoperator nutzen, um die Parametrisierungen im Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes zu untersuchen. Des Weiteren werden wir für spezielle Fallstudien, bei denen sich ein bestimmter Prozess über längere Zeit erkennen lässt, Simulationen mit einem 1D Modell durchführen. Das 1D Modell erlaubt eine Vielzahl an detaillierten Parametrisierungen zu testen und Lücken im generellen Prozessverständnis zu identifizieren. Diese Erkenntnisse können dann wiederum zu Verbesserungen vereinfachter Parametrisierungen in Wetter- und Klimamodellen genutzt werden. Am Ende des Projektes wollen wir nicht nur einen neuartigen Daten und Methoden zur Verfügung stellen, sondern auch neue Wege aufzeigen, wie die Informationen der Beobachtungen für die Verbesserung von Modellparametrisierungen am besten nutzbar gemacht werden können.
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.
Mit einem flugzeuggetragenen abbildenden Spektrometer wird das vom Boden reflektierte Sonnenspektrum vermessen und die registrierten spektralen Signaturen Landnutzungsklassen zugeordnet. Bei dieser Zuordnung werden auch neuronale Netze eingesetzt. Neben der Verarbeitung spektral aufgeloester Daten wird augenblicklich an der Einbindung von Texturinformationen (mit neuronalen Netzen) gearbeitet.
Die Herstellung hocheffizienter Solarzellen erfordert optimierte Passivierungsschichten auf Vorder- und Rückseite der Solarzelle. Im Rahmen des NEXTSTEP Verbundvorhaben soll der Prozessschritt SiNx-Antireflektionsschicht in diesem Teilvorhaben eingehend charakterisiert werden mit dem Ziel, eine Echtzeit und In-situ-Prozesskontrolle zur Effizienzsteigerung und Qualitätssicherung dieses Produktionsschrittes für Produktionsanlagen realisieren zu können.
We provide data of a case study from the GNSS station Wettzell, Germany (WTZR). This data set contains snow depth derived from GNSS data using reflectometry. It covers a time period from July 1, 2012 to July 1, 2015 and gives the integral snow depth over an area of about 150 by 30 m. The data are daily averages based on daily measurements from 4 different satellites. The GNSS derived snow depth was validated by observations from ultrasonic sensors (US). The detailed description of the processing, the evaluation with US and the discussion of the results is described in Vey et al. (2016). The data are provided in ASCII format with four colums: GNSS data (file Vey-et-al-2016-GNSS_2012_15.txt): (1) year (YEAR) (2) day of the year (DOY) (3) snow depth (SD cm) from GNSS (4) accuracy, root mean square error (RMSE cm) Ultrasonic Sensor data (file Vey-et-al-2016-US_2012_15..txt): (1) year (YEAR) (2) day of the year (DOY) (3) SD_US_pillow (cm) snow depth from the US sensor located above snow pillow (4) SD_US_SPA(cm) snow depth from the US sensor located at the snow pack analyzer
Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung einer instationären Methode, welche mit Hilfe bildgebender Systeme die Ermittlung der Haftungseigenschaften keramischer Wärmedämmschichten (englisch: Thermal Barrier Coatings, TBCs) für den Einsatz in Kraftwerksturbinen ermöglicht. Dazu werden am ZAE Bayern die Zusammenhänge zwischen der Haftung bzw. Delamination von Schichten und der Temperatur- bzw. Reflexionsgradänderung untersucht und qualitativ erfasst. Die zu entwickelnde Methode kann sowohl bei der Schichtherstellung als auch während des Betriebs der Turbinen eingesetzt werden. Durch eine Verbesserung der Schichteigenschaften können höhere Betriebstemperaturen gefahren werden, was den Wirkungsgrad der Turbine und damit deren Energieeffizienz erhöht. Die zerstörungsfreie Überwachung der Schichten reduziert außerdem die Anzahl der Wartungsintervalle in denen die Turbine stillsteht und die Schaufeln evtl. ausgetauscht werden müssen, wodurch auch die Ressourcen- und Kosteneffizienz erhöht wird. Die Arbeiten des ZAE Bayern umfassen im Wesentlichen die spektrale Charakterisierung der optischen und infrarot-optischen Eigenschaften von TBCs, um die Kamerasysteme auf die verschiedenen Spektralbereiche anzupassen, die experimentelle Bestimmung von Heizparametern zur Induzierung einer Temperaturvariation, die theoretische Modellierung des Zusammenhangs von Haftungs-, Temperatur- und Reflexionsgradänderungen, sowie die Charakterisierung von Schichtsystemen mit dem im Vorhaben entwickelten Messverfahren. Die Aktivitäten des ZAE Bayern ergänzen dabei die der FHWS synergetisch. Während der Schwerpunkt der FHWS auf zweidimensional messenden Kamerasystemen liegt, wird das ZAE Bayern punktuelle, spektral-auflösende Verfahren zur umfassenden Charakterisierung der keramischen Wärmedämmschichten einsetzen. Darüber hinaus werden am ZAE Bayern Messungen zur Erfassung der Delamination von Schichten an den von Rauschert präparierten Proben durchgeführt.
Es wird eine Methode entwickelt, die mit thermischer Anregung eine flächige Bestimmung der Schichthaftung ermöglicht. An vom Projektpartner Rauschert gefertigten Schichten wird durch instationäre Untersuchungsmethoden der Zusammenhang zwischen Haftung und Temperatur bzw. Reflexionsgradänderung untersucht. Dazu kommt ein Messverfahren zum Einsatz, das auf kurzer An-regung beruht. Eine ähnliche Methode zur Untersuchung von Kontaktwiderständen ist vom Antragsteller bereits beschrieben und an Modellproben eingesetzt worden. Diese, für punktförmig messende Systeme etablierte Methode soll jetzt auf zweidimensional messende Kamerasysteme übertragen werden, um die Untersuchung flächiger Proben zu ermöglichen. Schwerpunkt wird die qualitative Quantifizierung der Effekte auf einer großen Fläche sein und erst in zweiter Linie soll eine Korrelation der Ergebnisse mit einem physikalischen Modell erfolgen. Die Methode soll für Kamerasysteme vom visuellen bis mittleren IR-Bereich einsetzbar und daher für unterschiedliche Schichtsysteme anwendbar sein. Die Arbeiten der FHWS umfassen die Charakterisierung der Kamerasysteme und deren Einsatz zur Schichtcharakterisierung, die Entwicklung geeigneter Heizverfahren, die Analyse des Zusammenhangs zwischen den Temperatur- und Reflexionsgradänderungen und den Haftungseigenschaften der TBCs sowie die Charakterisierung von Schichtsystemen mit dem entwickelten Verfahren. Die Arbeiten der FHWS ergänzen die des ZAE Bayern synergetisch. Während der Schwerpunkt des ZAE Bayern auf punktuellen, spektralen Verfahren liegt, beschäftigt sich die FHWS mit zweidimensional messenden Kamerasystemen zur bildgebenden Analyse der Haftungseigenschaften. Daneben werden an der FHWS Messungen zur Erfassung der Delamination von Schichten an den präparierten Proben und mit den optimierten Kamerasystemen durchgeführt. Die Ergebnisse fließen schließlich in eine Optimierung der Schichten ein. Durch die FHWS erfolgt die Koordination des Gesamtprojektes.
Die Firma Festmeter aus Österreich verspricht, Buchdrucker-Befall mittels moderner Technik vier Wochen früher zu erkennen, als es aktuell mit den üblichen Methode möglich ist. Käferbefall führt an den Bäumen zur Änderung des Nährstoffkreislaufs, dies zu einer Änderung der Chloroproduktion und zu einer Veränderung des Wassergehaltes der Nadeln. Dies ist meßbar an einer veränderten Lichtrefektion. Durch Multispektralfotografie und Anwendung eines speziell entwickelten Programms können einzelne gestresste Bäume früh erkannt werden, so das Versprechen. In einem ca. 200 ha großen Areal im Pufferstreifen des Nationalparks soll diese Technik getestet werden. Der ausgewählte Bereich gehört zur UFB Rastatt und wird wöchentlich auf Befall durch Borkenkäfer kontrolliert. Die von der Fa. Festmeter als befallen ermittelten Bäume werden mit den terrestrischen Aufnahmen verglichen. Es ist geplant, zusätzlich eine angrenzende Fläche im Nationalpark in die Untersuchung einzubeziehen. Diese zusätzlichen Flächen müssen zusätzlich häufiger auf Befallsstellen kontrolliert werden. Während Befallsherde im Pufferstreifen vereinbarungsgemäß zeitnah aufgearbeitet werden müssen können diese im Nationalpark langfristig verbleiben und deren Entwicklung dokumentiert werden.
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