Das sogenannte 'Climate Engineering' beschreibt ein gezieltes Eingreifen ins Klimasystem mit dem Ziel, der globalen Erwärmung entgegen zu wirken. Zusätzlich zu dem Entfernen von Kohlendioxid und der Beeinflussung von Solarstrahlung (solar radiation management), wurde eine Methode vorgeschlagen, die zu mehr Emission von langwelliger Strahlung in den Weltall führen soll. Hierbei soll der wärmende Effekt der Zirruswolken reduziert werden. Wir wollen diese Methode in unserem Forschungsantrag genauer untersuchen. Wir planen uns auf die mittleren und hohen Breiten der Nordhemisphäre im Winter zu konzentrieren, um die Strahlungseffekte von Zirren auf die Solarstrahlung zu minimieren. Insbesondere möchten wir folgender Frage nachgehen: Ist das Ausdünnen von arktischen Zirren im Winter (AWiCiT) durchführbar und was ist die maximale Abkühlung, die hiermit erreicht werden kann? Die hiermit verbundenen Risiken und Nebenwirkungen des AWiCiT wollen wir auf der regionalen Skala hinsichtlich möglicher Änderungen der arktischen Stratosphäre insbesondere Auswirkungen auf die Ozonschicht sowie mögliche Veränderungen in tiefer liegenden Wolken mit dem gekoppelten Wettervorhersage/Chemiemodell ICON-ART studieren. Mögliche Auswirkungen auf die globale Zirkulation, Meeresströmungen sowie die Meereisbedeckung werden mit Hilfe des globalen gekoppelten Aerosol-Atmosphären-Ozean Klimamodells MPI-ESM-HAM untersucht. Um die oben genannten Fragen zu beantworten, müssen wir die gegenwärtigen globalen Zirkulationsmodelle validieren insbesondere hinsichtlich ihrer Fähigkeit die beobachtete Ausbreitung und Höhe der Zirruswolken im arktischen Winter zu reproduzieren. Des Weiteren werden wir die Transportwege der natürlichen Eiskeime und der Impf-Eiskeime unten den dynamischen Bedingungen im arktischen Winter analysieren um die Lebensdauer der Impf-Eiskeime in der Impfregion abzuschätzen. Sind die Höhen und Flugrouten der kommerziellen Langstreckenflüge geeignet um einen Großteil des Arktischen Zirrus zu impfen oder sollte die Impfgegend in mittlere Breiten ausgedehnt werden? Ist Bismut(III)-iodid (BiI3), das als Impf-Eiskeim hierfür vorgeschlagen wird, unter diesen Umständen der am besten geeignete Impfstoff? Das Ausdünnen der Zirren ist nur dann effektiv, wenn der natürlich Zirrus hauptsächlich durch homogenes Gefrieren von Lösungströpfchen entsteht. Wenn er primär durch heterogene Nukleation gebildet werden würde, würde Impfen zu einer Erwärmung statt Abkühlung führen können. Deshalb müssen die Eigenschaften der Zirren noch besser verstanden werden, insbesondere der Anteil der Zirren, der im heutigen Klima durch heterogene Nukleation gebildet wird.
Die genaue Vorhersage der räumlichen Verteilung von Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit im Inneren von Gebäuden sowie in Passagierkabinen von Flugzeugen, Bahnen, Reisebussen und Personenkraftwagen ist für die Gesundheit und das Wohlbefinden von Menschen sowie für den sparsamen Einsatz von Energie zum Heizen und Klimatisieren von entscheidender Bedeutung. Obwohl die Strömungsmechanik bei der Erforschung dieser Strömungen - den sogenannten Raumluftströmungen - sowohl in experimenteller als auch in numerischer Hinsicht in den vergangenen zehn Jahren große Fortschritte erzielt hat, ist es bis heute noch nicht möglich, Strukturbildungsprozesse in diesen Strömungen auf räumlichen Skalen von mehreren Metern und auf zeitlichen Skalen von mehreren Stunden mit hinreichender Genauigkeit vorherzusagen. Die physikalische Ursache für diese Schwierigkeit liegt darin begründet, dass es sich hierbei um eine Überlagerung von erzwungener und natürlicher thermischer turbulenter Konvektion handelt, die als gemischte Konvektion oder Mischkonvektion bezeichnet wird. Dieser Strömungstyp ist im Gegensatz zu rein erzwungener oder rein thermischer Konvektion notorisch schwer vorherzusagen. Das Ziel des vorliegenden Projektes besteht darin, den Mangel an Wissen über Strukturbildungsprozesse in gemischter turbulenter Konvektion zu überwinden, wobei sich die untersuchte Geometrie an Fragestellungen der Raumluftströmung orientiert. Nachdem der Antragsteller im Rahmen des von 2007 bis 2012 laufenden DFG- Antrages Strukturbildung turbulenter Mischkonvektion in Räumen und Passagierkabinen erstmalig die Machbarkeit einer realitätsgetreuen Nachbildung von Raumluftströmungen in einem verkleinerten Modellmaßstab von 1 zu 10 durch Verwendung des Gases Schwefelhexafluorid bei 5 bar nachgewiesen hat, steht die im Paketantrag errichtete Versuchsanlage SCALEX nunmehr für umfassende experimentelle Untersuchungen zur Verfügung. Aufbauend auf den im Paketantrag geleisteten Vorarbeiten besteht das spezielle Ziel des vorliegenden Projektes in der experimentellen Analyse dreier Strukturbildungsaspekte turbulenter Mischkonvektion für eine bislang in keinem Laborexperiment erreichte Breite des Parameterbereiches von Reynolds- und Rayleighzahlen. Hierzu sollen in einem ersten Schritt räumliche Symmetriebrechungsprozesse, in einem zweiten Schritt Hystereseprozesse und in einem dritten Schritt zeitabhängige Strukturwandlungen erforscht werden. Obwohl das Projekt erkenntnisorientiert ist und nicht der Lösung konkreter Raumluftströmungsprobleme dient, ist die untersuchte Geometrie der Passagierkabine eines Verkehrsflugzeuges nachempfunden. Somit kommen die zu gewinnenden grundlegenden Erkenntnisse langfristig der Luftfahrt- sowie der Schinen- und Straßenfahrzeugforschung zugute.
Es soll ein integriertes Elektronikkühlsystem (EKS) für zivile Passagierflugzeuge entwickelt werden. Die Verdampfung soll direkt an den Platinen stattfinden, also dort wo die Wärme am Elektronikbauteil entsteht. Es sollen moderne Mikrokanäle zum Einsatz kommen, in denen ein sorgsam auszuwählendes Kältemittel verdampft, welches den bestehenden Sicherheitsanforderungen und zukünftigen Klimazielen genügt.
Die atmosphärische Grenzschicht spielt eine entscheidende Rolle für die bodennahe Wettervorhersage und die Entstehung von Wolken und Niederschlag. Zur Bestimmung des Anfangszustands der Grenzschicht werden aber bisher nur wenige Beobachtungen genutzt, im Wesentlichen Radiosondenaufstiege (meist nur alle 12 Stunden verfügbar), und an den Flughäfen die von Verkehrsflugzeugen gemessenen Profile von Temperatur und Wind. Aber gerade für die modernen hochaufgelösten Modelle für die Kurzfristvorhersage kann eine realistische Initialisierung der vertikalen Schichtung und Stabilität in der Grenzschicht entscheidend sein. Bodengebundene Fernerkundungsgeräte liefern hochfrequente Profile der thermodynamischen Variablen in der Grenzschicht. Bisher gibt es jedoch keine konkreten Strategien, wie diese Daten optimal für die numerische Wettervorhersage (NWP) genutzt werden können, da die Entwicklung von bezahlbaren Geräten durch kommerzielle Hersteller erst in den letzten Jahren stattgefunden hat. Auch viele Prozesse der atmosphärischen Grenzschicht sind bis heute noch nicht vollständig verstanden, insbesondere Prozesse in der stabilen Grenzschicht, der Einfluss von orographischen Effekten, Schwerewellen, thermischen Zirkulationen und Heterogenitäten der Erdoberfläche. Daher ist die Modellierung von subskaligen Grenzschicht-Prozessen oftmals fehlerbehaftet.Aus dieser Motivation heraus sollen in dem Projekt zweierlei Ziele realisiert werden:In einer ersten Phase soll das Potential von boden-basierten Fernerkundungsgeräten (Mikrowellenradiometer und Doppler-Lidar) den Anfangszustand und darauf folgende Vorhersagen der Grenzschicht in Atmosphärenmodellen zu verbessern, untersucht werden, inklusive der Entwicklung einer optimalen Assimilations-Strategie. Wir wollen zeigen, dass die Entwicklungen der letzten Jahre im Bereich der Datenassimilation (DA) den Ensemble Kalman Filter (EnKF) für die konvektive Saka zu nutzen, es ermöglichen, die für die Grenzschicht typische kleinskalige Strukturen zu erfassen, da der EnKF eine strömungsabhängige Hintergrundkovarianz-Matrix liefert und hoch-frequente Update-Zyklen erlaubt.In einer zweiten Phase planen wir, das enorme Potential dieses erweiterten Systems aus NWP-Modell, DA-System und kontinuierlichen, qualitätsgeprüften Beobachtungen für das Verständnis von Grenzschichtprozessen und deren Simulation zu nutzen. So stellt die Analyse selber einen in sich konsistenten dreidimensionaler Zustand auf der Kilometerskala basierend auf einer optimalen Kombination von Modellvorhersage und Beobachtungen dar. Über die statistische Auswertung der Inkremente, die im Analyseschritt bestimmt werden, um das Modell Richtung Beobachtung zu korrigieren, erhält man wertvolle Informationen über systematische Fehler des Modell und die dazugehörigen Prozesse. Um die Information aufzusplitten in Beiträge verschiedener Prozesse und Parametrisierungen wird der sogenannte ”initial tendency approach“ aus Klocke and Rodwell (2013) angewandt werden.
In einem derzeit laufenden Refoplan-Vorhaben werden Arbeiten zur Weiterentwicklung der AzB für moderne, zivile Verkehrsflugzeuge durchgeführt. Ziel des neuen Vorhabens ist es, auch für militärischen Luftfahrzeuge (neue Luftfahrzeugmuster, Triebwerksumrüstungen etc.) die entsprechenden AzB-Luftfahrzeugklassen zu aktualisieren bzw. zu ergänzen. Hierzu sollen Geräuschmessungen an verschiedenen militärischen Luftfahrzeugen durchgeführt und ausgewertet werden. Alternativ kann auch auf Aufzeichnungen der Fluglärmüberwachungsanlagen an deutschen Flughäfen zurückgegriffen werden, sofern Messergebnisse in hinreichendem Umfang und ausreichender Qualität vorliegen. Die Messergebnisse sind für die AzB aufzubereiten.
Die Arbeit des Landesamtes für Umwelt findet auch in den Medien große Beachtung. Interessant wird das LfU für Medienvertreter immer dann, wenn sich ein direkter Bezug unserer Arbeit zum Alltag der Menschen darstellen lässt. Im Vorfeld des „Tags gegen Lärm“ am 27.04.2022 trat ein ZDF-Team an das Klimaschutzministerium und unsere Abteilung 2 mit der Bitte heran, vor laufender Kamera den Ablauf von Lärmmessungen zu demonstrieren und zu verschiedenen Fragestellungen rund um Lärm Stellung zu nehmen. Heidemarie Petters aus der ZDF-Redaktion „Volle Kanne“ traf sich mit Markus Schmitt, Holger Dickob und Arno Meier aus dem Referat 26 sowie Sven-Oliver Wessolowski vom Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität auf einem Parkplatz eines Wohngebiets in Mainz-Weisenau, in direkter Nähe zur A 60. Die LfU-Mitarbeiter hatten an der Autobahn drei Messmikrofone aufgebaut – eines am Rand einer Fußgängerbrücke (vor der Lärmschutzwand), ein weiteres hinter der Lärmschutzwand und ein drittes ebenfalls hinter der Wand, jedoch oberhalb der Wandoberkante. So konnte Markus Schmitt dem ZDF-Team eindrucksvoll den lärmreduzierenden Effekt der Lärmschutzwand zeigen. Dabei erklärte er, dass es sich lediglich um Momentaufnahmen zur Veranschaulichung der Messgröße Schalldruckpegel handelte und nicht um eine Messung zur Erfassung des Schalldämmmaßes der Lärmschutzwand. Sven-Oliver Wessolowski wiederum nahm Stellung zu gesetzlichen Vorgaben des Verkehrslärms. Weiteres Thema war der Fluglärm. Auf dem Parkplatz stand der Messwagen des Landesamtes. Das Fachreferat zeigte hier, welchem Lärmpegel die Menschen im Obergeschoss ihrer Einfamilienhäuser bereits durch die nahe Autobahn ausgesetzt sind und wie sich der Schalldruckpegel beim Anflug eines in Frankfurt landenden Passagierflugzeugs erhöht. Letzter Drehort war dann das im Entstehen begriffene Mainzer Wohngebiet Heiligkreuzviertel. Hier wurde mit Messmikrofon und Schallpegelmesser der Baulärm vor Ort beispielhaft erfasst. Der Beitrag ist im Internet abrufbar unter: https://www.zdf.de/gesellschaft/volle-kanne/tag-gegen-laerm-102.html
The steady growth of global air traffic passenger demand requires the air transport industry to work even harder to improve the associated levels of safety, efficiency, and environmental performances of aircrafts. As such, the transient to more electrified aircraft systems is strongly encouraged throughout the complete aircraft operational behaviour, including on-ground operations. Indeed, on-ground operations are still mostly engine based, the main engines designed for flight phases at high power levels are thus used as well as power source to move the aircraft on ground. This induces major economic and environmental losses: currently, fuel consumption from taxi operations is estimated to cost 6,4billion€ and to reach 18M metric tons of CO2 emission per year. To reduce unnecessary fuel burn and their related emissions, a technological alternative has already been identified: Electric Taxiing System (e-Taxiing). However, some technical bottlenecks, as the one dealing with the solution storage energy capacity, have still to be overcome before enabling those system to be used by all existing and future commercial aircrafts. SUNSET will target this specific technical challenge proposing a high performances energy storage module development connected to the future e-Taxiing system. The SUNSET technology will also address the related challenge of mass reduction by providing a high-density energy recovery capability (30Wh/kg) to perform aircraft electrical decelerations while also minimizing cooling and weight. SUNSET partners, Centum Adeneo and Ampère Laboratory (UCBL) are part of the European recognised air industry value chain and will as such be involved in both development of the SUNSET solution with their Topic Manager support for its integration in the e-Taxiing system. SUNSET project will therefore contribute to bring out an innovative solution enabling a winning differentiator for European aircraft manufacturers.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 114 |
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| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 111 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 75 |
| Lebewesen & Lebensräume | 80 |
| Luft | 115 |
| Mensch & Umwelt | 115 |
| Wasser | 64 |
| Weitere | 114 |