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Sentinel-5P TROPOMI – Ultraviolet Index (UVI), Level 3 – Global

UV Index (UVI) as derived from TROPOMI observations. The UVI describes the intensity of the solar ultraviolet radiation. Values around zero indicate low, values greater than 10 indicate very high UV exposure on the ground. 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 is created in the scope of the project INPULS. It 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.

Gemeinsame nationale Initiative zur Validierung von EarthCARE, Teilvorhaben LMU München

Untersuchung der Photochemie von Sauerstoffspezies in der Mesopausenregion

Atomarer Sauerstoff (O) ist eine der Hauptkomponenten der Mesopausenregion der terrestrischen Atmosphäre. Er spielt für die Energiebilanz der Mesopausenregion eine entscheidende Rolle, da er aufgrund seiner langen Lebensdauer chemische potentielle Energie über große Distanzen transportieren kann und indirekt an der Strahlungskühlung dieser Höhenregion beteiligt ist. Darüber hinaus steht er in direktem Zusammenhang mit Ozon, was wiederum für die diabatische solare Heizung von großer Bedeutung ist. Die Zahl der O Messungen in der Mesopausenregion ist ziemlich begrenzt, insbesondere was Zeitserien über Zeiträume von mehr als einigen Jahren betrifft. Die üblicherweise verwendeten Methoden zur Messung von O in der Mesopausenregion basieren auf Airglow-Emissionen der Spezies O, O2 und OH und erfordern die Kenntnis zahlreicher chemischer Ratenkonstanten. Bisherige Studien zeigen klare Hinweise darauf, dass die existierenden Modelle zur Beschreibung der O2 A-Banden-Emission, der grünen Sauerstofflinie und der OH* Meinel-Emissionen nicht konsistent sind, und O Konzentrationsprofile liefern, die sich signifikant unterscheiden. Im Rahmen dieses Projektes soll die Konsistenz der existierenden photochemischen Modelle für die drei genannten Airglow-Emissionen untersucht werden und unter Verwendung von simultanen Satellitenmessunen aller drei Emissionen, sowie dedizierter Modellrechnungen die Übereinstimmung der Modelle verbessert werden. Bei den Messungen handelt es sich um Nightglow Messungen des SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHArtographY) Instruments, das von 2002 - 2012 auf dem Umweltforschungssatelliten Envisat operierte. SCIAMACHY bietet aufgrund seines breiten Spektralbereichs die einmalige Möglichkeit alle für dieses Projekt relevanten Airglow Emissionen gleichzeitig und spektral aufgelöst zu messen. Die geplanten Modellrechnungen sollen mit einer etablierten Suite an photochemischen und globalen Modellen durchgeführt werden. Mittels eines Inversionsverfahrens sollen photochemische Modellparameter derart optimiert werden, dass die Differenzen zwischen Modellergebnissen und SCIAMACHY Messungen für alle relevanten Emissionen simultan minimiert werden. Darüber hinaus soll im Rahmen des Projekts die räumliche und zeitliche Variabilität von O in der Mesopausenregion charakterisiert werden, insbesondere hinsichtlich solarere Einflüsse und möglicher Langzeittrends über den Zeitraum von 2002 - 2012. Es ist außerdem geplant, die existierende - und bekannte Weise unzureichendem - klimatologischen Modelle (z.B. MSIS) von O in der Mesopausenregion zu verbessern. Die Antragsteller sind anerkannte Experten auf Ihren jeweiligen Hauptarbeitsgebieten und besitzen langjährige Erfahrung im Bereich der Satellitenfernerkundung mittels Airglow-Emissionen, beziehungsweise der atmosphärischen Modellierung.

Forschergruppe (FOR) 1898: Mehrskalendynamik von Schwerewellen, Räumlich-zeitliche Variabilität von Schwerewellen-Quellen (SV)

Das Projekt Quellvariabilität (Source Variability; SV) hat das Ziel zu verstehen wie Schwerewellenquellen zur globalen Verteilung von Schwerewellen beitragen. Hierfür kombinieren wir Beobachtungen und Modellierung: Beobachtungen bilden den Bezug zur Wirklichkeit. Um Verständnis zu erzielen, benötigen wir Theorie, und für quantitatives Verständnis, ein Prozessmodell das gegen die Daten getestet wird. Daher werden globale Verteilungen aus drei Datenquellen verglichen: 1.) Eine Kombination von dedizierten Modellen für Schwerewellenquellen mit Modellen für die Ausbreitung von Schwerewellen, 2.) Schwerewellen, die in UA-ICON explizit aufgelöst werden und 3.) Fernerkundungsdaten verschiedener Satelliten. Modellergebnisse von Quellen und Ausbreitung werden Messungen gegenübergestellt und so freie Parameter der Modelle bestimmt. Umgekehrt lässt sich anhand der Modelldaten bestimmen, in welchen Regionen und Höhenbereichen, bzw. zu welchen Jahreszeiten Schwerewellen aus welchen Quellen für den Impulsfluss und für die Beschleunigung des Hintergrundwindes überwiegen. Je feiner das Modellgitter wird, desto größer wird der Teil des Wellenspektrums, der von ICON aufgelöst wird. Ob die aufgelösten Schwerewellen tatsächlich realistisch sind, wird durch Vergleich mit Satellitendaten überprüft. Quellen in ICON lassen sich identifizieren, indem die Wellen anhand von Strahlverfolgung zu potentiellen Quellprozessen zurückverfolgt werden oder indem man mit Modellierung von Wellenquellen vergleicht. Mögliche Abweichungen der in ICON aufgelösten Schwerewellen von den Beobachtungen lassen sich so diagnostizieren und Ansätze für eine verbesserte Repräsentation entwickeln. Ein besonderer Schwerpunkt soll auf die Interaktion von Orographie und spontaner Imbalanz gelegt werden: Während der GW-LCycle Kampagne wurden einzigartige 3D Messungen mit dem GLORIA Instrument aufgenommen. In mehreren Forschungsflügen haben wir Anzeichen für das Zusammenwirken beider Quellen. Alle Vergleiche zwischen Modellierung und Messung im Projekt SV berücksichtigen den Beobachtungsfilter: insbesondere globale Messungen liefern eine Unterschätzung des Impulsflusses. Verglichen werden sowohl Mittelwerte des Impulsflusses und deren zeitliche Variation (z.B. Jahresgang), aber auch die Intermittenz, d.h. die Verteilung der Schwerewellen bzgl. Häufigkeit und Größe des Impulsflusses der einzelnen Wellen. Unser Ziel ist, für jede Auflösung von ICON die Effekte von Schwerewellen möglichst korrekt zu beschreiben, entweder durch die direkt vom Modell aufgelösten Wellen oder durch eine Parametrisierung von hier entwickelten und angepassten Wellenquellen in Kombination mit dem Ausbreitungsmodell MS-GWAM. MS-GWaM wird im Projekt 3DMSD entwickelt und in ICON integriert. Eine Besonderheit von MS-GWaM ist, dass direkte transiente Wechselwirkung mit dem Hintergrund berücksichtigt wird.

Umwelt- und Naturschutz auf den Malediven im Indischen Ozean

Ziel: Untersuchung von Ursachen und landschaftsoekologischen Folgen unterschiedlicher Nutzungsformen der Inseln des Archipels zur Erarbeitung und Umsetzung einer 'Sustainable Development Strategy'. Methoden: Geooekologische Kartierungen, Landnutzungsaufnahmen, sedimentologische Beprobung, ozeanographisch-sedimentologische Aufnahmen, Verwendung historischer Karten und Einsatz analoger und digitaler SPOT-Satellitenbilddaten, Einsatz eines GIS.

Geodaetische Aspekte der Geodynamik

In diesem Arbeitsschwerpunkt sollen globale und regionale Auswirkungen geodynamischer Prozesse, die mit geodaetischen Methoden erfassbar sind, dargestellt und analysiert werden. Dies beinhaltet die Variationen der Erdrotation, gezeitenbedingte Deformationen, globale Plattenbewegungen und regionale Krustendeformationen. Aus geodaetischer Sicht gehoert dazu vor allem die Ableitung zeitabhaengiger Punktkoordinaten aus Laser-Entfernungsmessungen zum Satelliten LAGEOS sowie aus Radiofrequenzmessungen im Global Positioning System (GPS).

Europäisches Erdbeobachtungsprogramm Copernicus

<p>Das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus stellt zentrale Informationen für das Umwelt- und Naturschutzmonitoring, die Atmosphären- und Klimaüberwachung und das Krisenmanagement bei Naturkatastrophen bereit. Das UBA beteiligt sich an der nationalen Fachkoordination und unterstützt die Weiterentwicklung und Nutzung von Copernicus.</p><p>Ziel des Copernicus-Programms ist der Aufbau und Betrieb einer modernen und leistungsfähigen Infrastruktur für die Erdbeobachtung. Das Programm wird seit 2014 unter der Leitung der europäischen Kommission in enger Zusammenarbeit mit den Mitgliedstaaten umgesetzt. Grundlage ist die <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX:32021R0696">EU-Verordnung 2021/696</a> zur Einrichtung des Weltraumprogramms der Union. Für die nationale Umsetzung hat das Bundeskabinett 2017 die "Nationale Strategie für das europäische Copernicus-Programm" beschlossen. Die Strategie wurde 2024 mit der „<a href="https://www.bmv.de/SharedDocs/DE/Artikel/DG/anwendungsstrategie-satellitendaten.html">Nationalen Anwendungsstrategie zu den Satellitenprogrammen Copernicus, Galileo und den meteorologischen Programmen von EUMETSAT</a>“ fortgeschrieben.</p><p>Beobachtungssysteme ergänzen sich</p><p>Copernicus gliedert sich in eine Weltraum-, eine In-situ- und eine Dienste-Komponente. Die Weltraumkomponente wird im Wesentlichen durch die Sentinel-Missionen getragen. Zu ihnen gehören eigenständige Satelliten wie Sentinel-1, -2, -3, -5P und -6 sowie Satellitensensoren, die auf meteorologischen Satelliten mitfliegen, wie Sentinel-4 und -5. Ergänzt wird das System durch die <a href="https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Copernicus_Sentinel_Expansion_missions">Sentinel Erweiterungs-Missionen</a> (expansion missions) CO2M, LSTM, CRISTAL, CHIME, CIMR und ROSE L, die ab den späten 2020er-Jahren schrittweise starten sollen. In Planung sind zudem Sentinel Nachfolge-Missionen (next generation missions). Diese sollen bestehende Kapazitäten ersetzen und erweitern. Ergänzend zu den Sentinel-Missionen stellen <a href="https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Copernicus_Contributing_Missions">beitragende Missionen</a> (contributing missions) der Europäischen Weltraumorganisation (<a href="https://www.esa.int/">ESA</a>), ihrer Mitgliedstaaten, der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (<a href="https://www.eumetsat.int/">EUMETSAT</a>) sowie von kommerziellen Betreiberfirmen zusätzliche Daten für das Copernicus-Programm bereit.</p><p>In-situ-Daten</p><p>„In-situ“ bezeichnet vor Ort erhobene Messdaten. Sie sind von zentraler Bedeutung für die Validierung von Satellitendaten und bilden die Grundlage für die Erstellung hochwertiger Datenprodukte, die in den Copernicus-Diensten verwendet werden. Die <a href="https://insitu.copernicus.eu/">In-situ-Komponente von Copernicus</a> stützt sich auf ein breites Spektrum an In-situ-Daten, die an Land, auf See und in der Luft erhoben werden. Diese Beobachtungen erfassen meteorologische, ozeanografische, atmosphärische und terrestrische Variablen und werden über Infrastrukturen wie Wetterstationen, Bojen und Forschungsnetzwerke bereitgestellt.</p><p>Dienste</p><p>Die sechs <a href="https://www.copernicus.eu/de/copernicus-dienste">Copernicus-Dienste</a> stellen zu den Themenbereichen Landmonitoring, Meeresumwelt, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a>⁠, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠, Katastrophen- und Krisenmanagement sowie Sicherheit eine Vielzahl an Datenprodukten bereit. Diese werden aus den satellitengestützten Beobachtungen (Copernicus und beitragende Missionen), in Kombination mit In-situ-Daten und teilweise mittels Modellierungsansätzen abgeleitet. Erst das Zusammenspiel dieser Informationen ermöglicht eine umfassende Datenerhebung. In der Regel werden alle Datenprodukte offen und frei zur Verfügung gestellt.</p><p>Nationale Zuständigkeiten</p><p>Die Federführung für die Raumfahrt in Deutschland liegt beim Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), fachlich unterstützt durch das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (<a href="https://www.dlr.de/de">DLR</a>). Für die Copernicus-Dienste hat die Bundesregierung Fachkoordinator*Innen aus verschiedenen Bundesbehörden benannt. Sie unterstützen die Bundesregierung bei der Weiterentwicklung des Programms und beraten Nutzende in Deutschland zu Copernicus und möglichen Einsatzbereichen.</p><p>Wie beteiligt sich das UBA</p><p>Das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ ist zusammen mit dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (<a href="https://www.bkg.bund.de/DE/Home/home.html">BKG</a>) für die Fachkoordination des Copernicus-Landdienstes zuständig und begleitet hier die Themenbereiche Umwelt- und Naturschutz. Das UBA verantwortet zudem die Erstellung des nationalen Datensatzes von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/boden-flaeche/flaechensparen-boeden-landschaften-erhalten/corine-land-cover-clc">CORINE Land Cover</a>, einem europaweiten Projekt, das einheitliche und damit vergleichbare Daten zur Landbedeckung und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Landnutzung#alphabar">Landnutzung</a>⁠ bereitstellt.<br><br>Als Teil des sogenannten „Space Networks“ tritt das UBA als „Copernicus-Botschafter“ auf und unterstützt im Rahmen des <a href="https://land.copernicus.eu/en/clms-national-collaboration-programme">National Collaboration Programme (NCP)</a> der Europäischen Umweltagentur dabei, Informationen über den Copernicus Landdienst national zu verbreiten und seine Datennutzung weiter zu fördern. Darüber hinaus ist das UBA in der deutschen Arbeitsgruppe der internationalen „Group on Earth Observation“ (GEO) aktiv. GEO setzt sich für die freie Zugänglichkeit global erhobener Erdbeobachtungsdaten ein und vernetzt Initiativen und Organisationen aus diesem Bereich. Zudem werden am UBA Anwendungspotentiale von Copernicus für das Umweltressort in Forschungsvorhaben untersucht.</p>

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.

Sentinel-5P TROPOMI - Aerosol Optical Depth (AOD), Level 3 - Global

Aerosol optical depth (AOD) as derived from TROPOMI observations. AOD describes the attenuation of the transmitted radiant power by the absence of aerosols. Attenuation can be caused by absorption and/or scattering. AOD is the primary parameter to evaluate the impact of aerosols on weather and climate. Daily AOD observations are binned onto a regular latitude-longitude grid. 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 is created in the scope of the project INPULS. It 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.

Sentinel-5P TROPOMI – Aerosol Index (AI), Level 3 – Global

Aerosol Index (AI) as derived from TROPOMI observations. AI is an indicator for episodic aerosol plumes from dust outbreaks, volcanic ash, and biomass burning. 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 is created in the scope of the project INPULS. It 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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