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Hochaufgelöste Satellitenbilder von XCO2 und XCH4, Teilprojekt 2: Simulationen

METOP GOME-2 - Bromine Monoxide (BrO) - Global

Gridded Level 3 BrO total column densities derived from the Metop/GOME-2-instruments. In the troposphere BrO is a short-lived atmospheric constituent released from the sea (via algae or so called ice flowers). Also volcanic eruptions emit bromine compounds reacting to BrO. In the stratosphere, the major source of BrO are halogenated hydrocarbos that are destroyed by high energy UV radiation. In the stratosphere, BrO plays a key role in the ozone hole chemistry. The total BrO column is retrieved from GOME solar back-scattered measurements in the UV wavelength region between 332 and 359 nm [using the DOAS method]. The applied Airmassfactor is based on monthly climatologies. The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

METOP GOME-2 - Water Vapour (H2O) - Global

Gidded Level 3 H2O total columns. The Earth's capacity to sustain life is attributed to two mechanisms: the greenhouse effect and the hydrological cycle. Water vapour in the atmosphere is a critical component of both processes and the main naturally occurring greenhouse gas in the Earth's climate system. Water in gaseous form varies more than other greenhouse gases. Monitoring atmospheric water vapour globally is essential to understand its climate impacts. Measurements of water vapor columns are derived from satellite observations of solar radiation in the ultraviolet and visible (430 – 450 nm) spectral ranges. A water vapour absorption band is detectable across some European Sentinel platforms (Sentinel-4, Sentinel-5P and 5), former (GOME and SCIAMACHY) and future instruments (CO2M). This absorption signature by water vapor is used to derive the shown concentrations with the Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) technique. The retrieval methodology, as applied to the fleet of available platforms, demonstrates several advantages, including optimal sensitivity and coverage characteristics across both oceans and continents, enhanced temporal sampling frequency for weather applications, and continuous extension of long-term datasets for climate study purposes. This is accomplished by DLR in the framework of the EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition (AC-SAF) monitoring where DLR generates operational GOME-2 / MetOp products.

METOP GOME-2 - Tropospheric Nitrogen Dioxide (NO2) - Global

Gridded Level 3 tropospheric NO2 column densities derived from the Metop/GOME-2-instruments. In the troposphere NO2 is a short-lived atmospheric constituent caused by combustion processes, e.g. fossil fuel consumption or biomass buring or by lightning. NO2 plays an important role in the formation of ozone. The total NO2 column is retrieved from GOME solar back-scattered measurements in the visible wavelength region around 440nm [using the DOAS method]. To derive tropospheric NO2 columns, the estimated stratospheric component is substracted from the total column. In addition, an air mass factor based on monthly climatological NO2 profiles is considered. The Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) instrument continues the long-term monitoring of atmospheric trace gas constituents started with GOME / ERS-2 and SCIAMACHY / Envisat. Three instruments operate on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B, and -C, launched in 2006, 2012, and 2018, respectively. GOME-2 measures a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distribution. Furthermore, cloud properties and intensities of ultraviolet radiation are retrieved. These data are crucial for monitoring the atmospheric composition and the detection of pollutants. DLR generates operational GOME-2 / MetOp products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Composition Monitoring (AC-SAF).

Untersuchung des Anregungsmechanismus der Natrium-D Nightglow-Emission

Die Natrium D-Linien stellen eine der wichtigsten Emissionen des terrestrischen Nightglow-Spektrums dar. Die Na-Emission wurde 1929 durch Vesto Slipher erstmals beschrieben. Sydney Chapman schlug im Jahre 1939 einen Anregungsmechanismus für die Na-D Emission vor, der durch die Reaktion von Na und Ozon initiiert wird. Obwohl die Na-D Nightglow-Emission seit über 80 Jahren Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, ist das Verständnis ihres Anregungsmechanismus noch immer unvollständig. Neuere Studien identifizierten zeitliche Variationen des D2/D1-Linienverhältnisses, das nicht mit dem ursprünglichen Chapman-Mechanismus vereinbar ist. Ein modifizierter Chapman-Mechanismus wurde 2005 durch Slanger et al. vorgeschlagen, der explizit zwischen den verschiedenen elektronischen Anregungszuständen des beteiligen NaO-Moleküls differenziert. Dieser Mechanismus wurde mit Boden-gestützten Messungen des D2/D1-Linienverhältnisses getestet, aber die vertikale Variation des Linienverhältnisses - ein kritischer Test des modifizierten Chapman-Mechanismus - wurde bisher nicht durchgeführt.Das Hauptziel der hier vorgeschlagenen Untersuchungen besteht darin, das wissenschaftliche Verständnis des Na-D Nightglow-Anregungsmechanismus mit Hilfe Satelliten-gestützter Messungen zu testen und eine Methode zur Ableitung von Na Profilen in der Mesopausenregion aus Messungen der Na-D Nightglow-Emission zu konsolidieren. Hierzu sollen Messungen der Instrumente OSIRIS auf dem Odin Satelliten, sowie SCIAMACHY auf Envisat verwendet werden. Die Synergie der beiden Datensätze ermöglicht auf einzigartige Weise die Untersuchung des Na-D Nightglow-Anregungsmechanismus. Konkret sollen die Satellitenmessungen für folgende Zwecke verwendet werden: 1) Die OSIRIS Messungen, die ein sehr hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis besitzen, sollen verwendet werden um das Verzweigungsverhältnis f für die Produktion von Na(2P) über die Reaktion von NaO und O - entsprechend dem ursprünglichen oder effektiven Chapman-Mechanismus - empirisch zu bestimmen. Hierzu werden unabhängige Na-Profilmessungen mit Boden-gestützten LIDARs und anderen verfügbaren Na Datensätzen eingesetzt. 2) Die SCIAMACHY Nightglow Limb-Messungen erlauben die spektrale Trennung der beiden Na D-Linien und sollen eingesetzt werden, um die vertikale Variation des D2/D1-Verhältnisses in der realen Atmosphäre abzuleiten. Die SCIAMACHY Messungen sind hierfür auf einzigartige Weise geeignet. Die hier vorgeschlagenen Ansätze ermöglichen wichtige und neue Beiträge, um das wissenschaftliche Verständnis des Na-D Nightglow-Anregungsmechanismus zu verbessern. Darüber hinaus tragen die erwarteten Ergebnisse dazu bei, die Methode zur Ableitung von Na-Profilen in der Mesopausenregion aus Messungen der Na-D Nightglow-Emission zu konsolidieren. Letzteres wird erreicht durch die Bereitstellung eines optimalen Verzweigungsverhältnisses f (sowie dessen Unsicherheit) des ursprünglichen Chapman-Anregungsmechanismus.

Statistical-dynamical methods for scale dependent model evaluation and short term precipitation forecasting (STAMPF)

Das Ziel des Projektes ist die skalenabhängige Evaluierung von Niederschlagsprognosen der DWD-Modellkette (LM/GME) bezüglich dynamischer Parameter und Wolkeneigenschaften. Ein neu entwickelter dynamischer Zustandsindex (DSI), die mit der spezifischen Feuchte gewichtete Divergenz sowie Wolkentyp, Bedeckung und Höhe der Wolkenobergrenze sind die Evaluierungsparamater. Der DSI wurde aus den ursprünglichen Gleichungen abgeleitet und beschreibt die Abweichungen von einem verallgemeinerten dynamischen Gleichgewicht, verursacht durch Instationarität und diabatische Prozesse. Die Evaluierung konzentriert sich auf die Wechselwirkungen zwischen der synoptischen und konvektiven Skala, die häufig die Ursache für extreme Niederschlagsereignisse sind. Sie untersucht die Beziehung zwischen den synoptisch-skaligen Prozessen und der konvektiven Parameterisierung. Eine Voraussetzung der Evaluierung ist eine vom Modell unabhängige feldmäßige Analyse des täglichen Niederschlages und der Wolkenparameter in der Gitterauflösung des LM/GME. Ein schon existierendes Analyseschema der synoptischen Beobachtungen wird weiter verbessert und erweitert durch Satellitendaten. Diese liefern kontinuierliche Wolkendaten und Niederschlagsraten. Die Genauigkeit der analysierten Felder wird mit Hilfe moderner statistischer Methoden abgeschätzt. In einem weiteren Schritt werden die getesteten dynamischen Parameter zu einer quasi-prognostischen Niederschlagsvorhersage oder als Prediktoren für einen MOS-Ansatz verwendet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), HALO 2020 – Wolkeneinfluss auf solare aktinische Strahlung: Bewertung satelliten-unterstützter Strahlungstransportrechnungen mit HALO Messungen

In diesem Projekt sollen gemessene spektrale aktinische UV/VIS-Strahlungsflussdichten von sechs HALO-Missionen verwendet werden, um Strahlungstransportmodell-Vorhersagen zu überprüfen, die auf der Grundlage von Wolkeneigenschaften aus Satellitenbeobachtungen durchgeführt werden. Fünf der HALO-Missionen wurden bereits durchgeführt: TECHNO (2010), NARVAL-I (2014), OMO (2015), EMERGE (2017/2018) und CAFE-Africa (2018), mit einer Gesamtzahl von etwa 75 Forschungsflügen. Zudem sollen die Daten von CAFE-Brazil (2020) in die Auswertung einfließen. Der Hauptzweck der Messungen der aktinischen Strahlungsflussdichten ist die anschließende Berechnung von Photolysefrequenzen, die wichtige Größen in der Photochemie darstellen. Die HALO-Messungen bieten eine seltene Gelegenheit satelliten-gestützte Strahlungstransportmodell-Vorhersagen von Photolysefrequenzen zu überprüfen, da sie hochaufgelöste Stichproben aus verschiedenen Höhen und global verteilten Einsatzgebieten liefern. Zudem wurden während TECHNO, NARVAL und OMO durch einen Missionspartner spektrale Strahldichtemessungen in Nadir-Richtung durchgeführt. Diese Messungen umfassen den gesamten solaren Spektralbereich und bieten daher unabhängige lokale Informationen über Wolken unter dem Flugzeug, was die Interpretation und korrekte Anwendung der verfügbaren Wolkeneigenschaften erleichtern wird. Das Hauptziel des Projektes ist es herauszufinden, ob gemessene und durch ein Strahlungstransportmodell vorhergesagte Photolysefrequenzen durch den Einsatz der Satellitendaten in akzeptable Übereinstimmung gebracht werden können. Sollte dies gelingen, dann könnten auf der Grundlage satellitengestützter Wolkeninformationen nutzer-definierte 3D Felder von Photolysefrequenzen berechnet werden. Diese Felder können genutzt werden, um Vorhersagen von Chemie-Transportmodellen zu überprüfen, oder sie können in zukünftigen Anwendungen direkt in diese Modelle einfließen. Eine entsprechende Fallstudie soll im Rahmen dieses Projektes durchgeführt werden. Davon würden auch zukünftige HALO-Missionen und deren wissenschaftliche Interpretationen profitieren.

Forschungsgruppe (FOR) 2589: Zeitnahe Niederschlagsschätzung und -vorhersage; Near-Realtime Quantitative Precipitation Estimation and Prediction (RealPEP), sub project: Coordination Funds

High-quality near-real time Quantitative Precipitation Estimation (QPE) and its prediction for the next hours (Quantitative Precipitation Nowcasting, QPN) is of high importance for many applications in meteorology, hydrology, agriculture, construction, water and sewer system management. Especially for the prediction of floods in small to meso-scale catchments and of intense precipitation over cities timely, the value of high-resolution, and high-quality QPE/QPN cannot be overrated. Polarimetric weather radars provide the undisputed core information for QPE/QPN due to their area-covering and high-resolution observations, which allow estimating precipitation intensity, hydrometeor types, and wind. Despite extensive investments in such weather radars, QPE is still based primarily on rain gauge measurements since more than 100 years and no operational flood forecasting system actually dares to employ radar observations for QPE. RealPEP will advance QPE/QPN to a stage, that it verifiably outperforms rain gauge observations when employed for flood predictions in small to medium-sized catchments. To this goal state-of-the?art radar polarimetry will be sided with attenuation estimates from commercial microwave link networks for QPE improvement, and information on convection initiation and evolution from satellites and lightning counts from surface networks will be exploited to improve QPN. With increasing forecast horizons the predictive power of observation-based nowcasting quickly deteriorates and is outperformed by Numerical Weather Prediction (NWP) based on data assimilation, which fails, however, for the first hours due to the lead time required for model integration and spin-up. Thus, RealPEP will merge observation-based QPN with NWP towards seamless prediction in order to provide optimal forecasts from the time of observation to days ahead. Despite recent advances in simulating surface and sub-surface hydrology with distributed, physicsbased models, hydrologic components for operational flood prediction are still conceptual, need calibration, and are unable to objectively digest observational information on the state of the catchments. RealPEP will prove that in combination with advanced QPE/QPN physics-based hydrological models sided with assimilation of catchment state observations will outperform traditional flood forecasting in small to meso-scale catchments.

Nachtaufnahme Hamburg

Bei dieser Nachtaufnahme handelt es sich um ein Mosaik, welches aus zwei unterschiedlichen Datensätzen besteht. Datensatz 1 [Zentrum und Randgebiete] - Satellitenaufnahmen: Jilin-1 - Spektrale Auflösung: RGB - Aufnahmezeitraum: 12/21 – 01/22 - Quelle: Chang Guang Satellite Technology CO., LTD (CGSTL)/Veritas Imagery Services Ltd Datensatz 2 [vereinzelte Randgebiete] - Astronautenphotographie: NASA - Spektrale Auflösung: RGB - Aufnahmezeitraum: 03/22 - Quelle: Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center; https://eol.jsc.nasa.gov/ Hinweise: Die Datensätze unterscheiden sich hinsichtlich ihrer geometrischen Auflösung. Die Datensätze sind spektral nicht zueinander kalibriert. Verwendung nur zu Visualisierungszwecken.

Sentinel-5P TROPOMI Surface Nitrogendioxide (NO2), Level 4 – Regional (Germany and neighboring countries)

The TROPOMI instrument onboard the Copernicus SENTINEL-5 Precursor satellite is a nadir-viewing, imaging spectrometer that provides global measurements of atmospheric properties and constituents on a daily basis. It is contributing to monitoring air quality and climate, providing critical information to services and decision makers. The instrument uses passive remote sensing techniques by measuring the top of atmosphere solar radiation reflected by and radiated from the earth and its atmosphere. The four spectrometers of TROPOMI cover the ultraviolet (UV), visible (VIS), Near Infra-Red (NIR) and Short Wavelength Infra-Red (SWIR) domains of the electromagnetic spectrum. The operational trace gas products generated at DLR on behave ESA are: Ozone (O3), Nitrogen Dioxide (NO2), Sulfur Dioxide (SO2), Formaldehyde (HCHO), Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4), together with clouds and aerosol properties. This product displays the Nitrogen Dioxide (NO2) near surface concentration for Germany and neighboring countries as derived from the POLYPHEMUS/DLR air quality model. Surface NO2 is mainly generated by anthropogenic sources, e.g. transport and industry. POLYPHEMUS/DLR is a state-of-the-art air quality model taking into consideration - meteorological conditions, - photochemistry, - anthropogenic and natural (biogenic) emissions, - TROPOMI NO2 observations for data assimilation. This Level 4 air quality product (surface NO2 at 15:00 UTC) is based on innovative algorithms, processors, data assimilation schemes and operational processing and dissemination chain developed in the framework of the INPULS project. The DLR project INPULS develops (a) innovative retrieval algorithms and processors for the generation of value-added products from the atmospheric Copernicus missions Sentinel-5 Precursor, Sentinel-4, and Sentinel-5, (b) cloud-based (re)processing systems, (c) improved data discovery and access technologies as well as server-side analytics for the users, and (d) data visualization services.

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