Im Projekt "Ein kostengünstiges mechanisch gesteuertes polarimetrisches Phased-Array Doppler Wetterradar, Phase 2" entwickelt das Fraunhofer FHR in Kooperation mit dem Institut für Geowissenschaften, Abteilung Meteorologie der Uni Bonn einen Prototyp eines Phased-Array-Radars (PAR) auf Basis einer AESA-Antennenapertur (Active Electronically Scanned Array), mit dem Ziel innerhalb einer Minute eine volumetrische Wetterkarte zu erstellen. Ein PAR-Wetterradar ist optimal geeignet, um die zeitliche Auflösung durch elektronische Strahlschwenkung zu verbessern. Aus Kostengründen konnte sich diese Technologie bisher aber nicht gegenüber Reflektorsystemen durchsetzen. In Phase I wird eine neuartige Antennenlösung zur Entkopplung von Strahlschwenkung und Fokussierung untersucht, um so Komplexität und Kosten zu minimieren. Anstatt wie üblich die Apertur sowohl für die Strahlschwenkung als auch für die Fokussierung zu verwenden, fokussiert ein Parabolzylinder im Azimut, während ein kompakter PAR in seiner Brennlinie die elektronische Schwenkung sowie die Fokussierung in der Höhe ermöglicht. Zur Erzeugung polarimetrischer Momente hoher Qualität wurde eine spezielle aktive Antennenansteuerung entwickelt, um eine Unterdrückung der Kreuzpolarisation von über 40 dB in Broadside und über 30 dB bei einer Strahlneigung von 45° zu erreichen.In Phase II wird die Implementierung der Strahlschwenkung zur Fertigstellung und operationalen Bewertung des Prototyps angestrebt. Im Wesentlichen sollen Strahlbeschleunigungstechniken zur schnellen Erzeugung volumetrischer Wetterkarten untersucht werden, da die einfache Verkürzung der Verweilzeit (Dwell Time) zu größeren statistischen Unsicherheiten bei den polarimetrischen Momenten führen würde. Mit Beam Multiplexing (BMX, sequentielle Übertragung von Impulspaaren entlang verschiedener Richtungen) sollen die Dekorrelation von Stichproben erhöht und schnellere Scans bei gleichbleibender Datenqualität erzielt werden. Darüber hinaus soll mit einem herkömmlichen Step-Scan-Verfahren das BMX für die unteren Elevationen in Abhängigkeit von der spezifischen Wetterereignisstatistik adaptiv ergänzt werden. Die sorgfältige Realisierung eines solchen adaptiven Scannens wird als wesentlicher Schritt angesehen, um das Scan-Beschleunigungspotential von PARs voll auszuschöpfen und ein automatisiertes priorisiertes Tracking potenziell gefährlicher Wetterereignisse zu erreichen.Die Universität Bonn wird die Messungen der überlappenden X-Band-Forschungsradare für eine eingehende Bewertung des neuen PAR und seiner polarimetrischen Fähigkeiten nutzen. Darüber hinaus ermöglicht die neue Technologie die Überwachung der vorkonvektiven Umgebung mit einer höheren zeitlichen Auflösung, was wiederum die Fähigkeit verbessert, Wasserdampffelder aus vom Radar erfassten Änderungen des Brechungsindex abzuleiten. Wir werden die neuen Fähigkeiten bewerten und somit zum fünften Ziel des SPP beitragen, d.h. zur radarbasierten Erfassung der Konvektionsinitiierung.
Terrestrisch-aquatische Systeme liefern nicht nur Kohlenstoff vom Land zum Meer, sondern ein bedeutender Teil davon wird in Form von CO2 zurück in die Atmosphäre transportiert. Karstgebiete werden dabei in der Literatur von einigen Studien als Kohlenstoffsenke gesehen, während andere Arbeiten starke CO2 Übersättigungen zeigen. Aufgrund des großen anorganischen Kohlenstoffreservoirs der Kalksteine könnten Bäche und Flüssen in Karstgebieten durchaus eine bedeutende Quelle für CO2 Entgasung einnehmen. Bislang ist allerdings nur wenig über die Rolle von Karst-Einzugsgebieten im globalen Kohlenstoffkreislauf bekannt. Darüber hinaus wurden Auswirkungen tageszeitlicher Änderungen auf die CO2 Entgasung nur selten untersucht. Die jüngsten Entwicklungen bei transportablen laser-basierten Instrumenten erlauben direkte Messungen von Konzentrationen und stabilen Isotopenverhältnissen im Gelände. Diese Messungen ermöglichen Rückschlüsse auf Quellen und Umsetzungsprozesse des freigesetzten Kohlenstoffs. Die Anwendung dieser technischen Neuerungen wird dazu beitragen numerische Modelle zur Quantifizierung von CO2 Ausgasung signifikant zu verbessern. Hauptziel der vorgeschlagenen Studie ist es, die Rolle von Karstgebieten mittlerer Breiten für den Kohlenstoffkreislauf zu untersuchen. Hierbei soll der Schwerpunkt auf CO2 Ausgasungen aus Flussoberläufen und Quellgebieten liegen. Die Studie soll räumliche und zeitliche Quantifizierungen durch direkte Geländemessungen erfassen, um dadurch die physikalischen und biogeochemischen Prozesse zu entschlüsseln, die für den CO2-Transport in Karstgebieten verantwortlich sind. Hierzu sind detaillierte Untersuchungen des Wiesent-Einzugsgebietes in Nordbayern als Pilotstudie geplant. Direkte Vergleiche zu nahegelegenen Oberläufen eines granitischen und eines im Sedimentgestein gelegenen Einzugsgebietes sind ebenfalls vorgesehen. Regelmäßige monatliche Geländekampagnen sehen Konzentrations- und stabile Isotopenmessungen von CO2 direkt im Gelände vor. Die regelmäßigen Beprobungen werden um saisonale Tag-Nacht-Beprobungen sowie eventbezogene Probenahmen ergänzt. Anschließende Laboranalysen für Konzentrationen und Isotopenverhältnissen der anderen aquatischen Kohlenstoffphasen (DIC, DOC und POC) komplettieren die Untersuchung des Kohlenstoffkreislaufs. Dieser Multi-Parameter-Ansatz eröffnet über die stabilen Isotopen-untersuchungen neue Modellierungsansätze für CO2 Entgasungsmodelle. Diese neuen Ansätze haben das Potenzial, die derzeit abgeschätzten CO2-Transferraten aus terrestrischen aquatischen Systemen in Zukunft deutlich besser bestimmen zu können. Dies könnte die Grundlagen liefern, um Kohlenstofftransferraten zukünftig auch auf regionale oder globale Skalen hoch zu skalieren.