In jüngster Zeit wurde ein neuer Mechanismus zum Ozonabbau über besiedelten Gebieten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft diskutiert, der vor einer zunehmenden Gefahr von niedrigem Ozon im Sommer in mittleren Breiten in der unteren Stratosphäre warnt. Der Ozonabbau soll durch erhöhte Mengen an Wasserdampf verursacht werden, die konvektiv in die Stratosphäre injiziert werden und zu durch Chlor bedingtem katalytischen Ozonverlust führen soll durch heterogene Reaktionen an binären Sulfat-Wasser-Aerosolen (H2SO4/H2O). Diese heterogenen Reaktionen werden durch erhöhte Mengen an Wasserdampf und niedrige Temperaturen beschleunigt. Vorausgesetzt, dass die Intensität und die Frequenz des konvektiv injizierten Wasserdampfes durch den anthropogenen Klimawandel in den nächsten Jahrzehnten ansteigen, ist mit einer Erhöhung der ultravioletten Strahlung (UV) auf der Erdoberfläche über besiedelten Gebieten zu rechnen. Die Details dieses neuen Ozonverlust-Mechanismus sind jedoch noch unklar, so dass eine genaue Quantifizierung des Ozonverlustes und seiner Sensitivität auf stratosphärischen Schwefel und Wasserdampf noch nicht möglich war. Ferner wurde im Rahmen von Climate-Engineering-Methoden, die Injektion von Sulfat-Aerosol in die Stratosphäre vorgeschlagen, um die globale Erderwärmung abzuschwächen. Dies könnte zusätzlich den Ozonabbau in der unteren Stratosphäre in mittleren Breiten verstärken. Motiviert durch diese Wissenslücken in unserem gegenwärtigen Verständnis von Ozonverlustprozessen in mittleren Breiten in der unter Stratosphäre, schlagen wir im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 'Climate Engineering' ein Projekt vor, dass unter Bedingungen mit sowohl erhöhtem Wasserdampf als auch erhöhtem Sulfat-Aerosol den Ozonverlust analysiert. Unser Projekt basiert auf verschiedenen Simulationen mit dem drei-dimensionalen Chemie-Transport-Modell CLaMS mit dem Ziel die Details dieses neuen Ozonverlust-Mechanismus zu verstehen und zu quantifizieren. Ferner soll der mögliche Ozonverlustes unter Klima-Engineering-Bedingungen zuverlässig simulieren werden. Ein Algorithmus, der die Abhängigkeit des Ozonverlustes in mittleren Breiten von erhöhtem stratosphärischem Schwefel beschreibt, wird der Klima-Engineering-Community als Basis für weitere ökonomische Analysen zur Verfügung gestellt. Unsere Ergebnisse werden helfen zukünftige Entscheidungen über Klima-Engineering zu bewerten, um mögliche Risiken und Kosten für die Gesellschaft zu minimieren.
Stratosphärisches Sulphataerosol ist von großer Bedeutung für das Klimasystem, weil es solare Strahlung streut und damit die planetare Albedo der Erde erhöht. Es ist außerdem wichtig für die Chemie der Stratosphäre, weil die Aerosolpartikel an der Chloraktivierung - sogar außerhalb der Polarwirbel - sowie bekanntermaßen an der Bildung polarer stratosphärischer Wolken beteiligt sind. Darüber hinaus ist stratosphärisches Aerosol laut dem 5. Sachstandsbericht des Intergovernmental Panel on Climate Change mitverantwortlich für die gegenwärtige Erwärmungspause. Boden-gestützte Lidar-Beobachtungen stellen eine der genauesten Methoden zur Fernerkundung stratosphärischer Aerosole dar. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Forschungsprojekts sollen Lidar-Messungen an 3 unterschiedlichen Orten - die bisher noch nicht zur Untersuchung stratosphärischer Aerosole verwendet wurden - genutzt werden. Die Lidar Systeme werden vom Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik (IAP) e.V. an der Universität Rostock in Kühlungsborn betrieben und befinden sich im ALOMAR Observatorium in Andenes (Norwegen), auf der Davis Forschungsstation (Antarktis), sowie in Kühlungsborn. Zwei der Lidar-Messreihen decken gegenwärtig einen Zeitraum von 20 Jahren ab und die Lidar-Messungen in Alomar werden bei mehreren Wellenlängen durchgeführt, was die Ableitung von Teilchengrößen der stratosphärischen Aerosolpartikel erlaubt. Ein Alleinstellungsmerkmal der Lidar-systeme ist ihre Tageslichtfähigkeit, d.h., die Messungen können nicht nur nachts durchgeführt werden, was erstmals die Messung stratosphärischer Aerosole im polaren Sommer erlaubt. Die Lidar-Rohdaten werden in der ersten Phase des Projekts in vertikale Profile des Rückstreukoeffizienten und/oder der Aerosolextinktion konvertiert. Darüber hinaus werden aus den Mehrfarbenmessungen in ALOMAR Aerosolteilchengrößen bestimmt. In der zweiten Projektphase werden die abgeleiteten Aerosolzeitreihen verwendet, um deren zeitliche Variabilität sowie Langzeittrends über einen Zeitraum von mehr als 20 Jahren zu untersuchen und zu quantifizieren. Hierbei spielen saisonale Variationen, Einflüsse der QBO (Quasi-Biennial-Oscillation) und von Vulkanausbrüchen eine entscheidende Rolle. Die abgeleiteten Aerosolteilchengrößen liefern außerdem dringend benötigte Randbedingungen für die Ableitung der stratosphärischen Aerosolextinktion aus Satellitenmessungen des Horizont-gestreuten Sonnenlichts. Diese Messmethode wurde in der Vergangenheit zur Auswertung verschiedener Satellitendatensätze (z.B. OSIRIS/Odin, SCIAMACHY/Envisat, OMPS-LP/Suomi) verwendet und basiert auf a priori Wissen der Größenverteilung stratosphärischer Aerosole. Die zu erwartenden Ergebnisse liefern wichtige neue Kenntnisse über die Variabilität und Langzeittrends stratosphärischer Aerosolparameter (Extinktion, optische Dichte und Teilchengröße) sowie des Strahlungsantriebs des stratosphärischen Aerosols in mittleren und hohen nördlichen Breiten und über dekadische Zeitskalen.
Der asiatische Monsun spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis der chemischen und klimarelevanten Prozesse in der globalen Atmosphäre, nicht zuletzt wegen seines Einflusses auf die Aerosol- und Wolkeneigenschaften in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre. Bereits seit einigen Jahren wird die sogenannte Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL) mit Fernerkundungsmethoden und Ballon-basierten Messungen untersucht. Es existieren allerdings nur wenige in-situ Beobachtungen innerhalb der ATAL, beziehungsweise in der Ausströmregion (Outflow) des asiatischen Monsuns in Richtung mittlere Breiten, die Informationen über die chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel geben. Es wird davon ausgegangen, dass die Luftmassen im Outflow des asiatischen Monsuns Aerosolpartikel enthalten, die aufgrund von photochemischer Prozessierung und sekundärer Bildung während des Transports veränderte Eigenschaften aufweisen. Diese Prozesse haben einen Einfluss auf die Fähigkeit der Partikel zur Eisnukleation und damit wiederum auf den indirekten Klimaeffekt dieser Partikel. Dieser Antrag zielt daher auf die in-situ Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel im submikrometer Bereich ab. Wir schlagen vor, das Hybrid-Aerosolmassenspektrometer ERICA (ERC instrument for the chemical composition of aerosols) im Rahmen der PHILEAS Kampagne auf dem Forschungsflugzeug HALO einzusetzen. Das ERICA kombiniert zwei Typen von Aerosolmassenspektrometrie-Methoden und ermöglicht es somit, zeitgleich Einzelpartikel- und Ensemblemessungen zur chemischen Zusammensetzung durchzuführen. Zusätzlich wird die Messkapazität zum einen durch den Einbau eines Impaktors erweitert, welcher eine spätere offline-Analyse der Partikel mittels Röntgenstrahlung und Elektronenmikroskopie ermöglicht. Zum anderen wird ein neuer Messmodus zur quantitativen chemischen Analyse von Einzelpartikeln in das ERICA integriert. Dieser Datensatz, zusammen mit Spurengasmessungen und der lagrangeschen Modellierung der Luftmassenherkunft, wird somit die Untersuchung von Quellen, Bildungsprozessen sowie der photochemische Entwicklung der Aerosolpartikel während des Transports ermöglichen.
Das hier vorgeschlagene Verbundprojekt ROSA verfolgt drei Hauptziele: Erstens soll ein signifikant verbesserter globaler Datensatz stratosphärischer Aerosolextinktionsprofile und Teilchengrößeninformation für den Zeitraum 2002 - 2012 aus SCIAMACHY Satellitenmessungen abgeleitet und der wissenschaftlichen Gemeinde zur Verfügung gestellt werden. Zweitens soll das wissenschaftliche Verständnis der noch immer ungeklärten Diskrepanz zwischen modellierten und gemessenen Größen wie Oberflächendichte und Volumendichte des stratosphärischen Aerosols durch einen neuen Ansatz verbessert werden. Drittens sollen mit Hilfe des abgeleiteten globalen Aerosoldatensatzes sowie dedizierten globalen Modellrechnungen wichtige Aspekte der Variabilität und Veränderung der stratosphärischen Aerosolbefrachtung umfassend untersucht werden. Die für die Universität Greifswald vorgesehenen Arbeitspakete des Verbundprojektes umfassen die Ableitung stratosphärischer Aerosolextinktionsprofile aus SCIAMACHY Okkultationsmessungen. Hierzu wird ein numerisches Inversionsverfahren (regularisierte lineare Inversion) verwendet. Darüberhinaus wird mit Hilfe eines nicht-linearen Verfahrens in Kombination mit einer Mie-Streuroutine (bereits existierend) Teilchengrößeninformation bestimmt. Die erforderlichen numerischen Verfahren und die zu analysierenden SCIAMACHY Rohdaten stehen von Beginn des Projekts an zur Verfügung. Die detaillierte Vorgehensweise ist in der Vorhabensbeschreibung dokumentiert.
Die stratosphärische Aerosol-Schicht (Junge-Schicht) stellt einen der wichtigsten Einflussfaktoren für das Erdklima dar. Seine Präsenz beeinflusst die Strahlungsbilanz der Atmosphäre, zum einen durch die direkte Wechselwirkung zwischen dem Aerosol und solarer wie terrestrischer Strahlung. Zum anderen nimmt das stratosphärische Aerosol als Reaktionsoberfläche indirekt Einfluss auf das Klima durch seine Beteiligung bei heterogenen chemischen Umwandlungsprozessen in der Stratosphäre, wie zum Beispiel bei der Ozonchemie. Trotz seiner Auswirkungen auf das Erdklima sind die Prozesse, die zur Aufrechterhaltung des stratosphärischen Aerosols sowie zu dessen Umwandlung im Verlaufe der atmosphärischen Lebenszeit beitragen, nicht vollständig verstanden. Weitestgehend unklar sind zudem die Strahlungseigenschaften des stratosphärischen Aerosols in Abhängigkeit von dessen Alterungsfortschritt sowie die sich damit ändernden Wechselwirkungen mit dem Erdklima-System. SPITFIRE hat sich zum Ziel gesetzt, jene Prozesse genau zu untersuchen, die das stratosphärische Aerosol auch abseits von explosivem, hochreichendem Vulkanismus (z.B. Pinatubo 1991) aufrechterhalten. SPITFIRE will ferner die genaueren Auswirkungen des stratosphärischen Aerosols auf das Erdklima untersuchen, um eine bessere Vorhersagbarkeit zukünftiger Entwicklungen des stratosphärischen Aerosols und dessen Klimawechselwirkungen zu erreichen. Konkrete Zielsetzungen umfassen (1) das quantitative Verständnis der verschiedenen Quell- und Transportmechanismen des stratosphärischen Aerosols, (2) die Prozesse zu quantifizieren, die den Beitrag von Schwefelverbindungen und anderen organischen/inorganischen Substanzen zum stratosphärischen Aerosol steuern, (3) die Anteile von volatilen (flüchtigen) und refraktären (nichtflüchtigen) Partikeln am stratosphärischen Aerosol zu quantifizieren und (4) Parametrisierungen bezüglich der relevanten Prozesse zu erstellen, die sich in Chemie-Klima-Modelle implementieren lassen. SPITFIRE ist ein Verbundprojekt von fünf Forschungsgruppen mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der physiko-chemischen Aerosol-Charakterisierung sowie der Untersuchung von Aerosol-Vorläufergasen, wie SO2, H2SO4 und OCS in der UT/LS. SPITFIRE hat einen Schwerpunkt hinsichtlich experimenteller Beobachtungen aerosolbezogener Prozesse in der Stratosphäre unter Zuhilfenahme der Höhenforschungsflugzeuge M55-Geophysica und HALO.
1. Vorhabenziel: Kurzlebige halogenierte Substanzen (VSLS) tragen wesentlich zum stratosphärischen Ozonabbau bei, insbesondere im Zusammenspiel mit Schwefelaerosolen. Zentrale Fragen im Projekt THREAT sind dabei: Welcher Anteil des beobachteten Halogen- und Schwefelgehalts in der Stratosphäre hat eine natürliche, ozeanische Quelle als Ursprung, wie ändert sich dieser in einem zukünftigen Klima und beeinflusst damit die Struktur und chemische Zusammensetzung der Mittleren Atmosphäre (MA) und gibt es mögliche Rückkopplungen? Die Vorhabenziele sind: I) Die Abschätzung der Rolle von natürlich emittierten VSLS- und Schwefelverbindungen für die MA in einem sich ändernden Klima (GEOMAR und KIT); II) die Entwicklung von ozeanischen VSLS- und Schwefel-Emissionsmodulen für gekoppelte Klimamodelle (GEOMAR); III) die Verbesserung des Verständnisses und der numerischen Modellierung von Prozessen, die den Eintrag von VSLS und Schwefel Verbindungen in die MA kontrollieren (GEOMAR und KIT). 2. Arbeitsplanung: Um diese Ziele zu bearbeiten, wird ein zweistufiges Verfahren verfolgt. Erstens werden die gegenwärtig beobachteten ozeanischen Flüsse von halogenierten VSLS und Schwefel Verbindungen parametrisiert, um besser die globalen Emissionen in der Zukunft abschätzen zu können (GEOMAR). Zweitens werden hochauflösende Lagrangesche Transport- (GEOMAR) sowie Chemieklimamodelle (KIT) verwendet um den Eintrag dieser flüchtigen Substanzen auf die MA abzuschätzen und mögliche Rückkopplungsmechanismen zu untersuchen (GEOMAR). (Gesamt THREAT 79PM: GEOMAR 67PM und KIT 12PM).
1. Vorhabenziel: Kurzlebige halogenierte Substanzen (VSLS) tragen wesentlich zum stratosphärischen Ozonabbau bei, insbesondere im Zusammenspiel mit Schwefelaerosolen. Zentrale Fragen im Projekt THREAT sind dabei: Welcher Anteil des beobachteten Halogen- und Schwefelgehalts in der Stratosphäre hat eine natürliche, ozeanische Quelle als Ursprung, wie ändert sich dieser in einem zukünftigen Klima und beeinflusst damit die Struktur und chemische Zusammensetzung der Mittleren Atmosphäre (MA), und gibt es mögliche Rückkopplungen? Die Vorhabenziele sind: I) Die Abschätzung der Rolle von natürlich emittierten VSLS- und Schwefelverbindungen für die MA in einem sich ändernden Klima (GEOMAR und KIT); II) die Entwicklung von ozeanischen VSLS- und Schwefel-Emissionsmodulen für gekoppelte Klimamodelle (GEOMAR); III) die Verbesserung des Verständnisses und der numerischen Modellierung von Prozessen, die den Eintrag von VSLS und Schwefel Verbindungen in die MA kontrollieren (GEOMAR und KIT). 2. Arbeitsplanung: Um diese Ziele zu bearbeiten, wird ein zweistufiges Verfahren verfolgt. Erstens werden die gegenwärtig beobachteten ozeanischen Flüsse von halogenierten VSLS und Schwefel Verbindungen parametrisiert, um besser die globalen Emissionen in der Zukunft abschätzen zu können (GEOMAR). Zweitens werden hochauflösende Lagrangesche Transport- (GEOMAR) sowie Chemieklimamodelle (KIT) verwendet, um den Eintrag dieser flüchtigen Substanzen auf die MA abzuschätzen und mögliche Rückkopplungsmechanismen zu untersuchen (GEOMAR). (Gesamt THREAT 79PM: GEOMAR 67PM und KIT 12PM).
BACKGROUND In its report 'Geoengineering the Climate - Science, Governance and Uncertainty' (1 September 2009) the Royal Society states that 'no geoengineering method can provide an easy or readily acceptable solution to the problem of climate change', yet that 'geoengineering methods could potentially be useful in future to augment continuing efforts to mitigate climate change by reducing emissions'. Geoengineering might serve as an 'emergency action' to cool the planet on short time scale, but should not distract from the primary goal of reducing greenhouse gas emissions. Detailed research and analysis will be required before geoengineering methods could become an option, if at all, and this research should not wait until the emergency is unavoidable. The report ranks the increase of Earth's albedo by injection of sulfur containing gases into the stratosphere as promising method. GOAL Substantial improvements in understanding will be required to reduce uncertainties in current modeling approaches to geoengineering. In response to this challenge, we aim here at an accurate assessment of stratospheric aerosol-based geoengineering using a spectral stratospheric aerosol model coupled to an atmosphere-ocean-chemistry-climate model (Aero-AOCCM). By means of results from long-term multiple ensemble runs the following questions will be addressed: -What would be the optimum total mass, altitude, meridional distribution and time sequence of the sulfur containing gas injections? -How do the responses of climate and ozone to the eruption of Mt. Pinatubo compare as natural analog to geoengineering? -What is the importance of the interactive dynamic ocean for the simulations of the climate and ozone response? -Finally, what is the expected efficiency and safety of geoengineering by injection of sulfur containing gases? METHOD To achieve these goals we will apply a novel AOCCM which is coupled to a spectral aerosol model with explicit simulation of sulfate aerosol nucleation, coagulation, growth/evaporaton, sedimentation and removal. Thus, the model applied for this project takes into account the main components of the climate system (atmosphere, clouds, land surface, ocean, sea ice, chemical species, sulfate aerosol) and their interaction. RELEVANCE The application of this advanced model is expected to provide a much improved, objective scientific basis from which the geoengineering scenarios can be assessed. The project results are expected to impact the upcoming IPCC climate change and WMO/UNEP ozone assessments.
The baking industry includes companies that make value added products including bread, buns, rolls, doughs, desserts, crusts, pastas, cookies, biscuits, crackers etc. that are either baked or frozen. The use of refrigeration technology has made a bakery's location independent of its customers, thereby broadening the geographic market potential and contributing to the growth of this sector. However, this development does have a cost. Bakeries are energy intensive, using large amounts of electricity and natural gas to operate the refrigeration system, compressed air system and ovens. These energy costs are rising and becoming a significant portion of the ingredient costs of baked goods. About 10Prozent of the total electrical and thermal energy consumption of all craft enterprises originates from the bakery sector. Accordingly there are many possibilities for energy reduction and therefore to permanently reduce the costs for the enterprises and thus to make a sustainable contribution to climate protection. Making changes in the energy use patterns of bakeries would be the fastest way to affect the energy profile of bread, because bakery is responsible for 70 and 80Prozent of the total energy consumption in conventional and organic bread production, respectively. Overall aim of the NanoBAK-Collaborative Project is the efficient energy management in the baking industry. Specific aim of this project is the development and demonstration of a novel marketable climatic chamber with an innovative, energy-saving nano-aerosol humidification system. Lab tests have shown that the energy consumption using ultrasonic humidification is significantly lower than for conventional humidification. The innovative ultrasonic humidification of the NanoBAK Project saves up to 50Prozent of energy compared to conventional humidifiers. Furthermore the quality of the bakery goods is of high value, so that the ultrasonic humidifier is profitable both energetically and qualitative.
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| Bund | 19 |
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| Förderprogramm | 19 |
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| offen | 19 |
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