Bei der für das HD(CP) 2-Modell geplanten Auflösung im Bereich von wenigen 100 Metern ist die Berücksichtigung von 3D-Effekten im Strahlungstransport unerlässlich, um realistische Erwärmungs- und Abkühlungsraten zu erhalten. Im Teilprojekt M7 wird eine schnelle Strahlungstransportparametrisierung entwickelt, welcher für die 100-Meterskala optimiert ist. Diese Parametrisierung wird sowohl in das HD(CP) 2-Modell sowie in mindestens eines der beiden Benchmark-Modelle (siehe Teilprojekt M2) integriert. Dadurch wird es möglich, den Einfluss von 3D-Effekten im Strahlungstransport auf die Dynamik zu quantifizieren. In einer Vorstudie soll zuerst eine von uns entwickelte Parametrisierung (paNTICA), welches für das Wettermodell COSMO-DE des DWD konzipiert wurde, für die signifikant höhere Skalenauflösung von 100 Metern optimiert werden. Hierzu ist eine Anpassung der physikalischen und mathematischen Ansätze erforderlich. Die optimierte Parametrisierung wird für das HD(CP) 2-Modell entwickelt und zunächst in eines oder beide Benchmark-Modelle implementiert. Mittels Simulationen mit dem Benchmark-Modell werden die3D-Strahlungseffekte quantifiziert. Schließlich wird die neue Strahlungsparametrisierung direkt in das HD(CP) 2-Modell implementiert.
1. Vorhabenziel: Ziel des HD(CP)2-Prototyp-Experimentes ist die Bereitstellung eines Datensatzes zur Evaluierung auf der Skala der Modellsimulationen und zur Feststellung subskaliger Variabilität, die im Modell durch Parameterisierungen abgeschätzt wird. Das Experiment zielt besonders auf die Entstehung von Wolken und Niederschlag in der konvektiven atmosphärischen Grenzschicht. 2. Arbeitsplanung: Ziel der Arbeiten in den Arbeitspaketen AP3 und AP5 des HD(CP)2-Prototyp-Experiments (O4) ist die Bereitstellung räumlich und zeitlich hochaufgelöster Profile von Aerosol-, Wolken- und Turbulenzparametern sowie räumlich hochaufgelöster Felder der solaren und thermischen Einstrahlung und die Reproduktion derselben aus beobachteten räumlichen Bewölkungsfeldern mittels Strahlungstransportrechnungen. Dafür werden die hubschraubergetragene Plattform ACTOS (In-situ-Aerosol- und Wolkenmikrophysik, Turbulenz) und die bodengebundende Fernmessstation LACROS (Wolkenradar, Mehrwellenlängen-Ramanlidar, Mikrowellenradiometer) des IfT eingesetzt, und es wird ein Pyranometer- und Pyrgeometernetzwerk aufgebaut. LACROS und die Strahlungssensoren werden kontinuierlich betrieben, für ACTOS stehen 30 Flugstunden zur Verfügung. Alle Daten werden qualitätsgesichert ausgewertet und für die Nutzung im HD(CP)2-Gesamtprojekt zur Verfügung gestellt. Es werden Untersuchungen zur Validierung von Fernmessmethoden, zur Wolkenbildung in der aerosolbeladenen, turbulenten Grenzschicht und zur Strahlungsschließung durchgeführt.
Hauptziel des MATSIM-Projektes (Phase A und B) ist die vollständige mathematische Simulation des Matroshka-Phantoms unter Verwendung von Monte-Carlo-Transportcodes. Das Projekt wird im Rahmen des bereits laufenden ESA-ELIPS-Projektes Matroshka, einer internationalen Zusammenarbeit von mehr als 18 Forschungsinstituten aus der ganzen Welt unter der Koordination des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt. Die Matroshka-Einrichtung wurde entwickelt, um die Strahlenexposition eines Astronauten während einer extravehikularen Aktivität (EVA) auf der internationalen Raumstation (ISS) festzustellen. Zu diesem Zweck wurde in dem Experiment die Dosisverteilung innerhalb eines anthropomorphen, an der Außenseite der ISS exponierten Phantoms durch einige tausend Thermolumineszenzdosimeter (TLD) gemessen. Im Rahmen von MATSIM-A wurde ein numerisches Modell des MATROSHKA-Phantoms entwickelt, welches in Bezug auf Geometrie, Material und Dichteverteilung dem realen Phantom entspricht. Die übertragene Energie und die Verteilung der absorbierten Dosis innerhalb des Phantomkörpers wurden für Photonen- und Neutronenfelder simuliert, die zur Validierung des numerischen Modells herangezogen werden. Im Rahmen von MATSIM-B wird die simulierte Dosisverteilung innerhalb des Phantoms mit den TLD-Messdaten bei Bestrahlung in Photonen- und Neutronenfeldern verglichen, die in österreichischen Referenzlaboratorien verfügbar sind. Weitere Bestrahlungen in Ionenfeldern werden geplant. Die Validierung des numerischen Modells durch TLD-Referenzmessungen bildet die Grundlage, um die Dosisverteilung im Phantom unter den für den Orbit der ISS erwarteten Strahlungsbedingungen zu untersuchen. Zusätzlich wird das Ansprechvermögen eines gewebeäquivalenten Proportionalzählers (TEPC) in der Strahlungsumgebung der ISS simuliert. Die resultierende mikrodosimetrische Verteilung soll zusätzliche Information über die Strahlenqualität geben. Diese Informationen sind für eine umfassende Risikobeurteilung der Strahlengefahr für den Menschen im Weltraum durch ionisierende, hochenergetische Teilchenstrahlung erforderlich und sollen in die Planung der zukünftigen Phase 3 des Matroshka-Projektes einfließen.
In diesem Projekt sollen mikrophysikalische Parameter der atmosphärischen Eisphase in Wolken in situ gemessen werden. Damit soll die Grundlage für das Verständnis und die Modellierung der Entstehung des Niederschlags über die Eisphase, der Spurenstoffaufnahme durch Eispartikel und die Wirkungen bezüglich des Strahlungstransports erweitert werden.
Das Vorhaben soll zum besseren Verstaendnis des UV-Strahlungstransports durch die Atmosphaere beitragen. Es wird daher vorgeschlagen, durch Lidar-Fernerkundung verschiedene Wolkentypen und Aerosolensembles im Bereich Stratosphaere bis Grenzschicht zu untersuchen und in Messkampagnen die Fernerkundung von Wolken und Aerosolen mit den UV-Messungen an den IFU-Stationen zu korrelieren. Damit soll ein Beitrag geleistet werden zur Bewertung der UV-Messung selbst, zur Gewinnung realistischer Daten fuer Strahlungstransportmodelle, zur Evaluierung existierender Modelle und zur Erstellung von Kriterien fuer kurzfristige UV-Prognosen.
Dies ist ein Antrag auf Aufstockung zum Vorhaben WF/A-We 0275-01-Qs-0882. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung eines Verfahrens zur Messung von Aerosolen aus der Polarisation der in den Weltraum rueckgesteuerten Solarstrahlung. Im Antragszeitraum sollen insbesondere vom Antragsteller dazu ausgefuerte Flugzeugmessungen (Messkampagne mit dem Batelle-Institut und der DFVLR) der Polarisation, gewonnen ueber einem See mit einem innerhalb des Vorlaeufervorhabens gebauten abbildenden Polarimeter, ausgewertet und durch eine Reihe von Strahlungstransportrechnungen fuer realistische Schichtungen ergaenzt werden.
Aufgabe dieses Projektes ist es, die Grundlagen fuer Strahlungstransportrechnungen mit Monte-Carlo-Methoden weiterzuentwickeln. Dazu wurde das multivalent einsetzbare Programmsystem AMOS zur Loesung von allgemeinen Strahlungstransportaufgaben mit zusaetzlicher Funktionalitaet versehen. Die Arbeiten fuer eine Programmversion auf Basis C++ und OOP fuer die Plattform Windows/NT/95 wurden aufgenommen. Erste Ergebnisse liegen in Form einer grafischen Nutzeroberflaeche (GUI) fuer AMOS-Eingaben bereits vor. Diese Untersuchungen bildeten die Grundlagen fuer die im Rahmen des Forschungsgebietes Strhlentransportrechnungen bearbeiteten weiteren Drittmittelprojekte. Schwerpunkte bei Anwendungen der Transporttheorie sind Umweltforschung und Medizin.
Das multivalent einsetzbare Strahlungstransportprogramm AMOS zur Loesung von allgemeinen Strahlungstransportaufgaben wurde mit zusaetzlicher Funktionalitaet versehen. So stehen derzeit verallgemeinerte Monte-Carlo-Detektoren zur Verfuegung, die eine Erwartungswertschaetzung mit einer bis zu dreidimensionalen Strukturierung zulaesst. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden erstmals VOXEL- und Zeit-Bild-Detektoren erfolgreich eingesetzt. Die Verwendbarkeit von AMOS fuer Gamma-Transportberechnungen in der Umweltforschung konnte durch umfassende Tests an verschiedenen Benchmarks nachgewiesen werden. Derzeit ist ein Einsatz des Programmsystems fuer die In-situ-Spektroskopie und Messung von Boden- und Wasserproben uneingeschraenkt moeglich. Entsprechende Erfahrungen und Vergleiche mit experimentellen Untersuchungen liegen vor.
Die in diesem Projekt seit September 1992 durchgefuehrten Arbeiten befassen sich mit der Fourier-Transform-Infrarot-Emissions-Spektroskopie als einer potentiellen Messmethode zur direkten Quantifizierung des Schadstoffausstosses von Strahltriebwerken in allen Hoehenbereichen. Die vorrangigen Ziele waren, die potentiellen Anwendungsmoeglichkeiten dieses kontaktlosen Multikomponentenverfahrens, die nachweisbaren Komponenten im Abgas, deren Nachweisgrenzen und die Genauigkeit des Gesamtsystems, zunaechst aus Bodenmessungen und spaeter moeglicherweise im Flug, zu bestimmen. Langfristig ist die Validierung existierender Rechenmodelle der Triebwerksemissionen und/oder die Entwicklung geeigneter Verfahren zur Umrechnung bodengebundener Emissionsmessungen auf Flugbedingungen fuer die Verwendung in Emissionskatastern geplant. Ausgehend von ersten Testmessungen, die die prinzipielle Anwendbarkeit eines solchen Systems zeigten, wurden geeignete Spektralbereiche zur Auswertung moeglichst vieler Komponenten im Abgas ausgewaehlt und parallel dazu ein Computerprogramm zur Interpretation der gemessenen Emissionsspektren (Mehrschichten-Strahlungstransportmodell) entwickelt.
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