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Schwerpunktprogramm (SPP) 2115: Synergie von Polarimetrischen Radarbeobachtungen und Atmosphärenmodellierung (PROM) - Verschmelzung von Radarpolarimetrie und numerischer Atmosphärenmodellierung für ein verbessertes Verständnis von Wolken- und Niederschlagsprozessen; Polarimetric Radar Observations meet Atmospheric Modelling (PROM) - Fusion of Radar Polarimetry and Numerical Atmospheric ..., Ein kostengünstiges mechanisch gesteuertes polarimetrisches Phased-Array Doppler Wetterradar, Phase 2

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.

Simulation von Kuehlturmschwaden in der atmosphaerichen Grenzschicht

Um eine eventuelle Aenderung des Klimas durch den Wasserdampf- und Waermeausstoss von Kuehltuermen grosser Kraftwerke abschaetzen zu koennen, ist es erforderlich, das Verhalten der Kuehlturmschwaden in der atmosphaerischen Grenzschicht zu untersuchen. Die Aufstiegshoehe, Laenge und Breite des (durch kondensierten Wasserdampf) sichtbaren Schwadens werden mit Hilfe eines numerischen meteorologischen Modelles berechnet und mit Beobachtungsdaten von Kuehltuermen verglichen. Mit diesem Modell koennen dann fuer gegebene Standorte mit den dortigen meteorologischen Daten Haeufigkeitsstatistiken der obigen Groessen berechnet und damit die Abschaetzung der Ermittlungen vorgenommen werden. Ferner kann der Unterschied der Ermittlungen bei verschiedenen Kuehlturmtypen (nass, hybrid, trocken) untersucht werden.

Code-Entwicklungen für eine verbesserte Modellierung von Wärmeabfuhrsystemen mit Kondensationsvorgängen, Teilprojekt A

Global distribution of deltaD values in C-bonded hydrogen of soil organic matter

Stable isotope ratios of various elements including H ((D), C, N, and S have been related to origin and turnover of soil organic matter (OM), because incomplete (bio)chemical reactions fractionate stable isotopes. On a global scale, the (D values in precipitation are related to the number of rain events that water vapor undergoes on its way to the poles, across mountains or towards inland because of evaporation/condensation-related isotope fractionation. As plants rely on local water sources that reflect the global distribution of (D values in precipitation for biosynthesis, C-bonded H in soil OM might show a geographically ordered distribution of (D values on a global scale. However, C-bonded (D values in soil OM might locally be modified by organic matter turnover. Our objectives are to 1) establish a method for the analysis of (D values of C-bonded H in soil, 2) determine the relationship between (D values in precipitation and in C-bonded H of soil OM on a global scale, 3) quantify the effect of decomposition on C-bonded (D values in soil OM with laboratory incubations and by assessing the vertical distribution of (D values in C-bonded H of soil OM in different climates (litter to subsoil). The proposed project adds a novel quantitative tool in Physical Geography to improve our understanding of C sequestration and turnover at the global scale.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), WISE: Wellengetriebener isentroper Austausch

Änderungen der Verteilung von Spurenstoffen wie Wasserdampf und Ozon, sowie die Verteilung von Zirruspartikeln in der unteren Stratosphäre/oberen Troposphäre (UTLS) haben einen großen Einfluss auf den Strahlungsantrieb. Unsicherheiten in der Beschreibung von Mischungsprozessen führen zu großen Unsicherheiten der Abschätzung des Strahlungsantriebs und sind deshalb von großer Bedeutung für die Quantifizierung des Klimawandels. Deshalb ist es wichtig, physikalische und chemische Prozesse (z.B. Austauschprozesse von Luftmassen, Zirrusbildung) zu quantifizieren, die die Zusammensetzung der UTLS bestimmen. Die sogenannte 'overworld' oberhalb von Theta=380K beeinflusst unmittelbar die Zusammensetzung der extratropischen Stratosphäre im Sommer durch Luftmassen, die aus der Region der asiatischen Monsunzirkulation stammen. Brechende planetare Wellen transportieren Monsun beeinflusste Luft in höhere Breiten, wo sie zum dortigen Wasserdampf- und Spurenstoffbudget beitragen. Die untere Grenze der UTLS, die extratropische Tropopausenschicht (ExTL), wird durch schnellen und effizienten bidirektionalen (quasi-isentropen) Austausch mit der Troposphäre gekennzeichnet. Die obere Grenze der der ExTL korrespondiert mit der Lage der Tropopauseninversionsschicht (TIL), die eine Region erhöhter statischer Stabilität oberhalb der Tropopause darstellt. Der Einfluss infrarotaktiver Tracer wie Wasserdampf oder Ozon auf die Temperaturstruktur macht die TIL zu einem sensitiven Indikator für Änderungen des Wasserdampf- oder Ozongehaltes oder auch Änderungen der Tropopausen Temperatur. Diese wirkt auf den Wasserdampfgehalt, der wiederum die statische Stabilität beeinflusst. WISE untersucht den Zusammenhang zwischen Zusammensetzung und der dynamischen Struktur der UTLS innerhalb der folgenden vier Hauptthemen:- Zusammenhang zwischen TIL und Spurengasverteilung in der unteren Stratosphäre- Wellenbrechung von planetaren Wellen und Wasserdampftransport in die extratropische untere Stratosphäre - Halogenierte Substanzen und deren Effekt auf Ozon in der UTLS- Nichtsichtbare Zirruspartikel und deren Effekt auf die UTLSBei WISE werden diese Themen mit einer neuartigen Nutzlast untersucht, die 2D- und 3D-Messungen von Spurenstoffen und Temperatur, Dropsondendaten und hochaufgelöste in-situ Spurengasmessungen vereint. Eine einzigartige Kombination von Limb- und Nadirmessngen wird verwendet, um die Eigenschaften optisch dünner Zirren in der UTLS Region zu untersuchen. Hochpräzise in-situ Daten erlauben detaillierte Untersuchungen zu Mischungsprozessen mit hoher Auflösung, sowie Zeitskalen und Altersbestimmung der Luft. WISE wird im September / Oktober stattfinden, und daher unmittelbar den Einfluss des sich auflösenden Monsuns auf die extratropische UTLS vermessen. Durch die Kombination mit Lagrange'schen und prozessorientierten Modellen wird der relative Beitrag verschiedener Quellregionen als auch Transportzeitskalen und Prozesse quantifiziert.

METOP GOME-2 - Water Vapour (H2O) - Global

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. Currently, there are three GOME-2 instruments operating on board EUMETSAT's Meteorological Operational satellites MetOp-A, -B and -C, launched in October 2006, September 2012, and November 2018, respectively. GOME-2 can measure a range of atmospheric trace constituents, with the emphasis on global ozone distributions. 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 level 2 products in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Atmospheric Chemistry Monitoring (AC-SAF). GOME-2 near-real-time products are available already two hours after sensing. The operational H2O total column products are generated using the algorithm GDP (GOME Data Processor) version 4.x integrated into the UPAS (Universal Processor for UV/VIS Atmospheric Spectrometers) processor for generating level 2 trace gas and cloud products. The total H2O column is retrieved from GOME solar backscattered measurements in the red wavelength region (614-683.2 nm), using the Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) method. For more details please refer to relevant peer-review papers listed on the GOME and GOME-2 documentation pages: https://atmos.eoc.dlr.de/app/docs/

Reduktion von (V)VOC-Emissionen aus NawaRo-Dämmstoffen unter besonderer Berücksichtigung neu aufkommender Schadstoffe

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Reduktion der Emission insbesondere neu aufkommender Schadstoffe aus NawaRo-Dämmstoffen. Für einige dieser Stoffe sind noch keine eindeutigen Wege der Generierung identifiziert worden. Dies gilt insbesondere für neu aufgekommene Stoffe wie VVOC. Die Entwicklung von Minderungsmaßnahmen steht folglich zumindest zum Teil noch aus. Ziel des Projektes ist es daher, VOC- und VVOC-Emissionen weiter zu senken, um Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen mehr Verwendungsmöglichkeiten zu eröffnen. Als Hauptkomponenten wurden in Vorarbeiten organische Säuren, Aldehyde, Alkohole und andere, meist polare Verbindungen sowie SVOC identifiziert. Um die zur Reduzierung dieser Emissionen sinnvollen Entwicklungsschritte definieren zu können, fehlen zum Teil vertiefte Kenntnisse zu deren Entstehung aus Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dies gilt insbesondere für Substanzen wie Alkohole, VVOC und SVOC (Semi Volatile Organic Compounds). Außerdem sind viele dieser Dämmstoffe mit Flammschutzmitteln ausgerüstet. Inwieweit das das Emissionsverhalten möglicherweise indirekt beeinflusst, z.B. durch deren Einfluss auf den Feuchtehaushalt, ist nicht bekannt. Aus den bestehenden und zusätzlich gewonnenen Erkenntnissen zur Generierung der Emissionen sollen mindernde Veränderungen im Herstellprozess abgeleitet werden. Dabei kann auf Erkenntnisse aus dem Bereich der Herstellung von Holzwerkstoffen aufgebaut werden. Eine weitere Möglichkeit der Emissionsminderung ergibt sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Materialien, z.B. Dämmstoffen und Folien. Vorkenntnisse über das Diffusionsverhalten von Wasserdampf und einiger weniger (V)VOC sind vorhanden, bedürfen aber einer Vervollständigung. Konkret soll daher die Möglichkeit dampfbremsender Folien, den Übergang solcher Stoffe in die Innenraumluft zu behindern, über die o.g. Stoffe hinaus geprüft werden.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung, Teilvorhaben: Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung, Teilvorhaben: Theoretische und experimentelle Untersuchung von Wasserdampf-Schraubenverdichtern

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung, Teilvorhaben Aerzen: Entwicklung Wasserdampf-Schraubenverdichter

In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120 Grad C, während die Wärme auf bis zu 200 Grad C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht. Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren. Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung etabliert werden.

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