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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Variation der antarktischen Wolkenkondensationskern- (CCN) und Eiskeim- (INP) Konzentrationen und Eigenschaften an NEumayer III im Vergleich zu deren Werten in der Arktis an der Forschungsstation Villum (VACCINE+)

Das aktuelle Klima der Erde verändert sich schneller, als von den meisten wissenschaftlichen Prognosen vorhergesagt wurde. Dabei erwärmen sich die Polargebiete schnellsten von allen Regionen der Erde. Die Polargebiete haben auch starke globale Auswirkungen auf das Erdklima und beeinflussen daher das Leben und die Lebensgrundlagen auf der ganzen Welt. Trotz der großen Fortschritte der Polarforschung der letzten Jahre gibt es nach wie vor schlecht verstandene Prozesse; einer davon ist die Aerosol-Wolke-Klima-Wechselwirkung, die daher auch nicht zufriedenstellend modelliert werden können. Wolken und deren Wechselwirkungen im Klimasystem sind eine der schwierigsten Komponenten bei der Modellierung, insbesondere in den Polarregionen, da es dort besonders schwierig ist, qualitativ hochwertige Messungen zu erhalten. Die Verfügbarkeit hochwertiger Messungen ist daher von entscheidender Bedeutung, um die zugrunde liegenden Prozesse zu verstehen und in Modelle integrieren zu können. Im ersten Teil des hier vorgeschlagenen Projekts schlagen wir, d.h. TROPOS, vor, die bestehenden Aerosolmessungen an der Neumayer III-Station um in-situ Wolkenkondensationskern- (CCN) und Eiskeim- (INP) Messungen zu erweitern für einen Zeitraum von fast zwei Jahren. Die erfassten Daten wie Anzahl der Konzentrationen, Hygroskopizität, INP-Gefrierspektren usw. werden mit meteorologischen Informationen (z.B. Rückwärtstrajektorien) und Informationen über die chemische Zusammensetzung der vorherrschenden Aerosolpartikel verknüpft, um Quellen für INP und CCN über den gesamten Jahreszyklus zu identifizieren. In einem optionalen dritten Jahr wollen wir die Ergebnisse der südlichen Hemisphäre mit den TROPOS-Langzeitmessungen des CCN und INP aus der Arktis (Villum Research Station) vergleichen, welche uns im Rahmen dieses Projekts von DFG-finanzierten TR 172, AC3, Projekt B04 zur Verfügung stehen werden. Ein Ergebnis des beantragten Projekts wird ein tieferes Verständnis dafür sein, welche Prozesse die CCN- und INP-Population in hohen Breiten dominieren. Die im Rahmen des vorliegenden Projekts gesammelten quantitativen Informationen über CCN und INP in hohen Breiten werden öffentlich zugänglich veröffentlicht, z.B. für die Evaluierung globaler Modelle und Satellitenretrievals.

METOP GOME-2 - Ozone (O3) - Global

Gridded Level 3 ozone column densities derived from the Metop/GOME-2-instruments. In the stratosphere – where the majority of the total O3 amount is located - O3 plays an vital role for the UV protection. In the troposphere O3 is generated by chemical processes caused by natural and anthropogenic emission of NO2 and volatile organic components (VOCs) (e.g. HCHO). Direct exposure to O3 is harmfull for humans and our environment. The total O3 column is retrieved from GOME solar back-scattered measurements in the uv wavelength region 325-335nm [using the DOAS method]. To determine the AMF an iterative process is applied, the assumed profile depends on the latitude, month, but also on the total column. 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).

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 - 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).

Charakterisierung von Oberflächen in Trockengebieten aus Sentinel-1 Radardaten

Die Trockengebiete der Erde waren und sind besonders anfällig für klimatische Änderungen. Gleichzeitig sind sie der Lebensraum für mehr als 2 Milliarden Menschen. Aufgrund der Größe der Räume, der in weiten Teilen schlechten infrastrukturellen Ausstattung und den häufig widrigen Umweltbedingungen weist der Forschungsstand zu den Raten der Landschaftsveränderungen noch große Lücken auf. Schon seit mehreren Jahrzehnten werden Fernerkundungsdaten intensiv zum Monitoring von Trockenräumen eingesetzt. Aber gerade in Bezug auf geomorphologischen Prozesse und Prozessraten stoßen optische Fernerkundungsmethoden häufig an ihre Grenzen. Im Rahmen dieses Projektes wird daher die Eignung von Radardaten zur Charakterisierung von Oberflächen untersucht. Mit den beiden Satelliten der Sentinel-1 Reihe der ESA (European Space Agency) steht ein modernes SAR (Synthetic Aperture Radar) mit einer räumlichen Auflösung von unter 15 m pro Bildpunkt kostenfrei zu Verfügung. Trockenräume sind aufgrund der geringen Vegetationsbedeckung für den Einsatz von Radarfernerkundung besonders geeignet, da Vegetation zu Volumenstreuung des Signals führt und dieses somit verfälscht. Im Rahmen der Untersuchungen sollen sowohl die SAR-Intensitäten als auch interferometrischen Kohärenzen zur raumzeitlichen Charakterisierung von Landoberflächen getestet werden. Als Testgebiet wurde das Orog-Nuur-Becken im Süden der Mongolei ausgewählt. Die Region zeichnet sich durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Landoberflächen und geomorphologischen Prozessen aus. Hierzu gehören u.a. ehemalige Seesedimente, welche durch aktuelle periglaziale Prozesse modifiziert werden, Dünen, große Strandwälle aus Kiesen und insbesondere eine Vielzahl unterschiedlicher Schwemmfächeroberflächen. Die verschiedenen Oberflächen werden vor Ort detailliert geomorphologisch erfasst und beschrieben. Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist die Erstellung von hochgenauen Orthophotos und digitalen Geländemodellen aus Drohnenaufnahmen. Da die Oberflächenrauigkeit das Rückstreusignal des SAR Systems stark beeinflusst, können mit Hilfe der Geländemodelle detaillierte Rauigkeitsanalysen für unterschiedliche räumliche Skalen durchgeführt werden. Abschließend werden die Geländebefunde und die morphometrischen Analysen mit den Radardaten verglichen um eine genaue Charakterisierung der unterschiedlichen Oberflächen aus Fernerkundungsdaten zu erreichen. Stellt sich die Eignung der Radardaten für eine detaillierte Charakterisierung der Oberflächen in Trockenräumen heraus, bietet sich hier eine neue Methode für ein detailliertes Monitoring dieser sensiblen Landschaftsräume. Gerade in Gebieten mit einer hohen Variabilität, ist eine detaillierte und zeitlich dichte Beobachtungsreihe, wie sie das Sentinel-System bietet, von großer Bedeutung.

Genese und Ökofunktionen von Paläo- und rezenten Böden der westlichen Inneren Mongolei, NW-Chinas

Es sollen Paläo- und rezente Böden in den Becken- und Schwemmfächerbereichen des Gaxun Nur-Systems (Abb. 1) untersucht werden. Die Ziele dieser Untersuchungen sind: 1. Das Paläoklima zu rekonstruieren, 2. die Entwicklung und 3. die Ökofunktionen der Böden zu erfassen. Zur Rekonstruktion des Paläoklimas werden relikte sowie fossile Böden untersucht, die datierbar sind bzw. bekanntes Alter haben. Dabei werden vor allem Paläoböden von Wadi- und Strandterrassen bevorzugt untersucht. Die Verwitterungsart und Verwitterungsintensität dieser Böden sollen durch Geländearbeit, mineralogische und geochemische Untersuchungen sowie über Stoffbilanzen erfaßt werden. Ziel dieser Untersuchungen ist die Ableitung pedogener Klimaindikatoren.An rezenten Böden sollen 1. der Einfluß der hohen Kontinentalität auf bodenbildende Prozesse (Bioturbation, kryoklastische und chemische Verwitterung) und 2. Wichtige Ökofunktionen (z.B. Verdunstung, Grundwasserneubildung, Kapillarer Aufstieg, Versalzung) bestimmt werden. Mit Hilfe von Satellitenaufnahmen und geophysikalischen Methoden soll eine Regionalisierung der Daten erfolgen, so daß es möglich wird, für bestimmte Teilgebiete Boden. und Landeignungskarten sowie Karten über den Wasserhaushalt (z.B. Grundwasserneubildung, Kapillarer Aufstieg) und die Versalzungs- sowie Erosionsgefährdung zu erstellen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Einflüsse von Schnee auf antarktisches Meereis (SCASI)

Die Ausdehnung des antarktischen Meereises nahm im Laufe der letzten Jahre zu und steht damit im Gegensatz zur Abnahme in der Arktis. Die Gründe hierfür sind Gegenstand aktueller Forschungsprojekte. Wechselwirkungen mit der Atmosphäre und dem Ozean spielen sicherlich eine wesentliche Rolle, aber auch die dicke und heterogene Schneeauflage des Meereises hat einen große Einfluss auf das Meereis und seine Rolle im globalen Klima und Wettergeschehen. Zugleich erschwert die Schneeauflage flugzeug- und satellitenbasierte Messungen über Meereis, da sie die Oberflächeneigenschaften bestimmt und zu großen Unsicherheiten beiträgt. Entsprechend ist eine bessere Kenntnis der Schneeverteilung auf Meereis dringend erforderlich, um Veränderungen besser verstehen und simulieren zu können. Ziel des Projektes ist es die Menge und Verteilung von Schnee auf antarktischem Meereis sowie dessen physikalische Eigenschaften und deren zeitliche Variabilität zu quantifizieren. Die Entwicklung eines neuen und konsistenten Datenprodukts für Schnee auf antarktischem Meereis steht im Vordergrund des Projektes. Dieses soll die hohe Variabilität über unterschiedliche Größenskalen und Jahreszeiten abbilden. Mithilfe dieses Produktes sind wir dann in der Lage Fernerkundungsalgorithmen und Modellsimulationen zu verbessern und zu validieren. Schließlich wird unser Projekt das Gesamtverständnis der Massenbilanz und Dynamik antarktischen Meereises verbessern, und leistet so einen wichtigen Beitrag für die biologische und geochemische Erforschung des eisbedeckten Südozeans. Um diese Ziele zu erreichen, werden hochaufgelöste Modelle betrieben, die durch Feld- und Fernerkundungsdaten von antarktischem Schnee auf Meereis gestützt und geleitet werden. Im Rahmen einer neuen deutsch-schweizer Zusammenarbeit (D-A-CH Programm) werden die Meereisexpertisen aus Feldmessungen und Fernerkundung der deutschen Partner mit der Schneeexpertise aus Feldmessungen und Modellierung der Schweizer Partner kombiniert. Die Projektpartner verfügen über detaillierte Schneemessungen mehrerer erfolgreicher Feldkampagnen auf antarktischem Meereis, die durch autonome Messungen ergänzt werden. Daten der Satelliten AMSR-2, SMOS und CryoSat-2 sind verfügbar und werden genutzt, um neue Algorithmen für die Bestimmung von Schneeeigenschaften auf Meereis zu entwickeln. Diese Algorithmen und daraus resultierende Datensätze werden durch Beobachtungen validiert und verbessert. Durch die Kopplung der numerischen Schneemodelle SNOWPACK und MEMLS werden Schneedicke, -temperatur, -dichte und Mikrowellenemissivität simuliert. Das Projekt ist darauf ausgelegt drei junge Wissenschaftler für Ihre Arbeit in der Meereisforschung zu finanzieren. Zwei erfahrene Post-Doktoranden sind vorgesehen. Beide haben bereits ähnliche Methoden und Datensätze im Rahmen ihren Doktorarbeiten bearbeitet. Ein Doktorand wird dieses Projekt zur Promotion nutzen.

The ESA Earth System Model 3.0

The ESA Earth System Model (ESA ESM) provides a synthetic data set of the time-variable global gravity field that includes realistic mass variations in atmosphere, oceans, terrestrial water storage, continental ice sheets, and the solid Earth on a wide set of spatial and temporal frequencies. For more than 10 years already, it is widely applied as a source model in end-to-end simulation studies for future gravity missions, but has been also utilized to study novel gravity observing concepts on the ground. For those purposes, the ESM needs to include a wide range of signals even at very small spatial scales which might not yet have been reliably observed by any active satellite mission. The updated ESA ESM 3.0 improves upon its predecessor by utilizing ECMWF’s ERA5 atmospheric reanalysis along with dedicated simulated ocean bottom pressure data from the MPIOM ocean model. In addition, it offers a small ensemble of co- and post-seismic earthquake signals, an updated GIA model, additional ice mass balance signals from previously not considered Arctic glaciers, sub-monthly surface-mass balance changes and a more realistic representation of ice sheet dynamics. Extreme hydrometeorological events as well as climate-driven and anthropogenic impacts on continental water storage are represented through an update of the hydrological component. Additionally, the ESM separately includes ocean bottom pressure variations along the western slope of the Atlantic, representing variations in the meridional overturning circulation as a critically important component of the interactively coupled global climate system as well as estimated trend signals from sediment erosion and subsequent marine deposition. The ESA ESM 3.0 is available with a 6-hourly resolution from January 2007 until December 2020 in the from of Stokes coefficients up to degree and order 180.

Optimierung einer zuverlässigen Methodik zur Bewertung der genetischen Bestimmtheit und Differenzierung der Anfälligkeit gegenüber Kolbenfusariose im Sortiment von Mais in Österreich

Im Rahmen des GEOTEC-Projektes der BGR sollen mit Hilfe von komplexen Fernerkundungsmethoden bruch- und senkungsgefährdete Bereiche im Raum Staßfurt, Schacht VI, Schacht VII erkannt werden. Die positiven FuE-Ergebnisse bedingen zielgerichtet eine Fortführung der bisherigen methodischen Ansätze mit der Maßgabe der Entwicklung eines fernerkundungsgestützen operationellen Systems zur Früherkennung von aus dem Bergbau/Altbergbau resultierenden Gefahrenmomenten. Mit Hilfe von hochauflösenden Satelliten- und Flugzeugdaten soll im Rahmen des Vorhabens ein anwendungsfähiges und industrienahes Fernerkundungsmonitoringsystem zur Untersuchung von Subrosionserscheinungen und Destabilisierungsvorgängen, die die Tagesoberfläche beeinflussen und ggf. das Gemeinwohl gefährden, im Bereich des Altbergbaus geschaffen werden. Die Erarbeitung, Erprobung und Bereitstellung eines operationellen Systems der Satelliten- und Flugzeugfernerkundung erfolgt beispielhaft für ausgewählte Kali- und Salzbergbaufelder des Staßfurter Sattels mit der Zielstellung der Früherkennung und Überwachung von Bruch- und Senkungsrisiken.

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