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Aerosolpartikel spielen eine wichtige Rolle für das regionale und globale Klima. Weltweit gibt es deshalb zahlreiche Messstationen, von denen allerdings nur ein kleiner Teil die marine Grenzschicht (MBL) erfasst, obwohl etwa 70% der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind. Dieses Projekt soll dazu beitragen, das Wissen über Quellen und Austauschprozesse von Aerosolpartikeln in der MBL mithilfe einer Messkampagne über den Azoren im Nordostatlantik, welche nahezu unbeeinflusst von lokalen Quellen sind, zu verbessern.Die zentrale Hypothese ist, dass sowohl Ferntransport aus Nordamerika, als auch Partikelneubildung in der freien Troposphäre (FT) und an Wolkenrändern mit anschließendem Vertikaltransport wesentlich zur Anzahlkonzentration der Aerosolpartikel in der MBL beitragen. Das Verständnis der Partikelquellen und Senken zusammen mit dem vertikalen Partikelaustausch zwischen MBL und FT ist daher eine Grundvoraussetzung für die Vorhersagbarkeit der Partikelanzahlkonzentration in den unteren Schichten der MBL wo sie z.B. für die Wolkenbildung von großer Bedeutung ist. Diese Prozesse sind bisher über dem offenen Ozean nur unzureichend quantifiziert. Zur Verifizierung der Hypothese sollen vertikale Austauschprozesse und Partikelquellen über den Azoren mit hoher räumlicher Auflösung untersucht werden. Dazu werden mit einer am TROPOS entwickelten hubschraubergetragenen Messplattform Partikelanzahlkonzentration und Vertikalwind mit einer zeitlichen Auflösung gemessen, die erstmalig eine direkte Bestimmung des vertikalen turbulenten Partikelflusses in verschiedenen Höhen ermöglicht. Die hierfür notwendigen schnellen Partikelmessungen von mind. 10 Hz werden durch den Einsatz eines schnellen Partikelzählers ermöglicht, welcher am TROPOS im Rahmen eines abgeschlossenen DFG-Projektes entwickelt und erfolgreich eingesetzt wurde. Durch dieses Gerät ist es ebenfalls möglich zu prüfen, ob auch in dieser Region regelmäßig die Neubildung von Aerosolpartikeln an Wolkenrändern stattfindet, wie es an Passatwolken auf Skalen von wenigen Dekametern beobachtet wurde. Weiterhin werden Anzahlgrößenverteilungen von Aerosolpartikeln sowie Absorptionskoeffizienten bei drei Wellenlängen bestimmt. Damit sind Rückschlüsse auf die Herkunft der untersuchten Aerosolpartikel möglich.Da die Hubschrauberflüge zeitlich begrenzt sind und damit nur Momentaufnahmen darstellen, werden zusätzlich kontinuierliche Messungen der Partikelanzahlgrößenverteilung an zwei bodengebundenen Stationen installiert. Eine dieser Stationen ist wenige Meter über Meeresniveau gelegen, die andere auf 2200 m und somit in der FT. Damit wird auf der Basis kontinuierlicher Messungen über einen Zeitraum von einem Monat die Untersuchung der Austauschprozesse zwischen MBL und FT ermöglicht. Mit Hilfe der gewonnen Datensätze können Einflüsse globaler Klimaänderungen auf das lokale Klima und mögliche Rückkopplungseffekte über den Einfluss von Aerosol auf Wolken in dieser Region besser eingeordnet werden.
Das Verständnis darüber, wie lichtabsorbierende atmosphärische Aerosole, insbesondere brauner Kohlenstoff (BrC-Aerosole), das Klima beeinflusst, bleibt eine zentrale Unsicherheit in der Atmosphärenforschung. Vorläufige, an einzelnen Tröpfchen von BrC-Aerosolen durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass gängige atmosphärische Prozesse wie Aerosolverdunstung und simulierte Sonneneinstrahlung zu einer Änderung des Phasenzustands des Aerosols von flüssigen Tröpfchen zu einer semi-festen Phase führen. Diese Änderung des Phasenzustands wirkt sich auf die Bildung von Wolkentröpfchen und die nachfolgenden optischen Eigenschaften der Wolken aus (z.B. die Absorption und Streuung der Sonnenstrahlung und die Lebensdauer der Wolken). Daher zielt dieser Projektantrag darauf ab, den Einfluss des BrC-Aerosol-Phasenzustands und der photochemischen Alterung auf die mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften von Aerosolen und Wolken zu bestimmen. Für die Experimente sollen die Einrichtungen des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Aerosolforschung (IMK-AAF) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) genutzt werden, darunter Einzelpartikelexperimente, die mit einer elektrodynamischen Waage (EDB) durchgeführt werden, sowie Aerosol-Ensemble-Messungen, die mit der Aerosol- und Wolkensimulationskammer AIDA durchgeführt werden. Zu den Hauptzielen des Projekts, das Einzelpartikelmessungen beinhaltet, gehören die Untersuchung des Phasenzustands und der Morphologie verschiedener Arten von BrC-Aerosolen über einen Bereich atmosphärisch relevanter Bedingungen; die Bestimmung des Phasenzustands von BrC-Aerosolen, wenn es mit einer anorganischen Komponente gemischt wird; und die Bestimmung des Effekts der photochemischen Alterung auf den Phasenzustand sowie die chemische Zusammensetzung und die optischen Eigenschaften von BrC-Aerosolen. Die Hauptziele des Projekts, das Aerosol-Ensemble-Messungen beinhaltet, sind die Untersuchung des Einflusses des Phasenzustands von BrC-Aerosol und der photochemischen Alterung auf die Bildung von Wolkentröpfchen sowie die Eiskeimbildung und die damit verbundenen optischen Eigenschaften von Aerosol und Wolken. Insgesamt wird dieses Projekt das Verständnis der Rolle von lichtabsorbierenden Aerosolen für das Klima verbessern.
Das Strahlungsbudget spielt eine entscheidende Rolle für Klimaveränderungen. Dieses Projekt untersucht systematisch die Reaktion der Bodenfeuchte auf den Strahlungsantrieb durch Veränderungen der atmosphärischen Zusammensetzung sowie den Einfluss von Wassermanagement mithilfe von CMIP6-Modellen. Mit Fokus auf die Reaktion der Bodenfeuchte in Europa, unterscheidet das Projekt Beiträge von Wassermanagement, Treibhausgasen, anthropogenen Staubaerosolen, sowie Aerosolen aus Biomasseverbrennung und industrieller Verschmutzung. Es trägt dazu bei, die mögliche zukünftige Entwicklung von anthropogenen Staubaerosolen in einer wärmeren Welt zu verstehen.
Vermischungsprozesse in dichtegetriebenen Strömungen erzeugen starke Wassermassenmodifikationen, die in diesem Projekt anhand des Dänemarkstraßen-'Overflows' untersucht werden. Basierend auf Beobachtungen und numerischer Modellierung versuchen wir die Wege und Prozesse zu verstehen, durch die Energie vom mesoskaligen Wirbelfeld zu den Submesoskalen und zu den dissipativen turbulenten Skalen transportiert wird. Der Effekt der Vermischung auf größere Skalen wird durch Vermischungsparametrisierungen in großskaligen Modellsimulationen untersucht.
Die Erforschung der Land-Atmosphären-Rückkopplung für heterogene Landoberflächen benötigt die Erfassung biophysikalisch bedeutsamer Wärme- und Impulsbilanzen nahe der Unterlage, die das Projekt motivieren. Dieser Energie- und Massenaustausch ist eine essenzielle Komponente in der Prozesskette der Rückkopplungen. Trotz beachtlicher Fortschritte im Verständnis und Quantifizierung der Auswirkungen einfacher Heterogenitätssprünge bei orthogonaler und paralleler Anströmung besteht eine Wissenslücke für die am häufigsten auftretenden Queranströmungen. Weder der Prozess selbst, noch die Auswirkungen der Queranströmung auf den turbulenten Transport sind momentan verstanden oder quantifiziert. Das Zentralziel ist, diese Queranströmungen zu detektieren und ein konzeptionelles Verständnis durch Messungen über den landwirtschaftlichen LAFO-Flächen zu erlangen. Die Zentralhypothese ist, dass Queranströmung zu einer Zone systematisch erhöhten turbulenten Austausches innerhalb einer Übergangsgrenzschicht führt, in der die Land-Oberflächen-Rückkopplung verstärkt ist. Die Forschung wird durch 4 Unterhypothesen und -ziele geleitet. Mithilfe der hochauflösenden (Sekunden und Dezimeter) Fiber-Optic Distributed Sensing (FODS) Technik erfolgen räumlich kontinuierliche Messungen der Lufttemperatur in der Bodenschicht und im Pflanzenbestand, sowie der turbulenten Windgeschwindigkeit und Turbulenter Kinetischer Energie über Hunderte Meter hinweg. FODS misst ebenfalls (10er-Sekunden, Dezimeter) Bodentemperaturen und -feuchtigkeit nahe der Oberfläche, sowie die solare Lichtverteilung kombiniert mit Netzwerken klassischer Punktsensoren über der Winterweizen- und Maisparzelle von LAFO. Unter der Leitung von P5 baut das LAFI-Team die FODS-Glasfaserharfen auf und P1 betreibt sie. Das wissenschaftliche Programm besteht aus 4 eng verzahnten Arbeitspaketen (WP): WP1 führt eine Post-field Kalibration mithilfe unserer eigens entwickelten Kalibriersoftware durch. WP2 erforscht die in den Raum-Zeit-Daten enthaltenen Strukturen und Flüsse abhängig vom Anströmwinkel. Ergänzt durch die verbesserte Energiebilanz (P6), die fernerkundlichen Daten zur Landoberfläche (P2) und Verdunstung (P4) wird die Zentralhypothese überprüft. Die Lidarmessungen aus P1 schaffen einzigartige Beobachtungssynergien. In WP3 werden die Erkenntnisse u.a. mit der Hilfe von Deep Learning zu einem konzeptionellem Gesamtrahmen zusammengefügt. Für die zweite Phase sehen wir Erweiterungen hin zu anderen Landoberflächenheterogenitäten, der Kohlenstoffbilanz und messtechnische Weiterentwicklungen des FODS vor. Dieses Projekt befasst sich mit den zentralen LAFI-Zielen O1 bis O3, OS und OE im Falle eines klimatischen Extremums. Zusätzlich zu den oben genannten projektübergreifenden Kooperationen stehen wir im engen Austausch mit P11 wegen der Licht- und Temperaturvertikalprofile.
PACOG ist ein Projekt im Rahmen der Forschergruppe 'MS-GWaves', bei der es um die Erforschung von Schwerewellen geht. PACOG konzentriert sich dabei auf atmosphärenphysikalische Beobachtungen und Vergleich mit Modellrechnungen. Schwerewellen spielen für unser Verständnis der mittleren Atmosphäre eine entscheidende Rolle, da sie die Atmosphäre um mehr als 100 K vom strahlungsbedingten Zustand treiben können und drastische Veränderungen der Zirkulation und der Zusammensetzung bewirken können. Schwerewellen stellen den wichtigsten Kopplungsprozess zwischen unteren und oberen Schichten der Atmosphäre dar. Leider sind viele Einzelheiten bezüglich Schwerewellen unzureichend verstanden. Dies betrifft z. B. die Erzeugung, Ausbreitung, Filterung, Dissipation und die zeitliche und räumliche Variabilität. Wir möchten die Klimatologie von Schwerewellen auf regionalen und globalen Skalen untersuchen. Dabei wird eine Kombination von hochmodernen Instrumenten eingesetzt, z. B. Lidars und Radars. Die Interpretation der Ergebnisse wird mit Hilfe von Simulationen, die auf Reanalysen aufbauen, unterstützt. Das Ziel von MS-GWaves besteht letzten Endes darin, die Parametrisierung von Schwerewellen in globalen Modellen zu verbessern. Die in PACOG durchgeführten Beobachtungen sollen in allen Teilprojekten von MS-GWaves verwendet werden, z. B. beim Vergleich von lokalen und regionalen Messungen mit globalen Beobachtungen von Satelliten (Projekt SV) oder zur Validierung von Modellrechnungen in den Projekten 3DMSD und GWING.
Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. Änderungen in der stratosphärischen Wasserdampfkonzentration und dessen Verteilung können den Strahlungshaushalt und die Oberflächentemperaturen der Erde beeinflussen und sich auf die Chemie der Stratosphäre auswirken. Wasser ist außerdem ein zentraler Bestandteil polarer Stratosphärenwolken (PSCs), die eine Schlüsselrolle beim Ozonabbau über den Polarregionen spielen. In der untersten Stratosphäre (LMS) können Zirrus Wolken wichtige Effekte in Bezug auf Chemie und Strahlung hervorrufen und dennoch sind deren Bildungsmechanismen noch weitgehend unbekannt. Dabei reagiert gerade die Region um die Tropopause besonders empfindlich auf kleinste Veränderungen in der Wasserdampfkonzentration und ein detailliertes Verständnis mikrophysikalischer Wolkenprozesse ist daher eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Klimaprognosen. Im Rahmen des Projektes 'Stratosphärische Wasserdampf Simulationen: Von den Polarregionen zur Tropischen Tropopause' werden vor dem Hintergrund einer verbesserten Repräsentation in globalen Simulationen (i) Ausfrierprozesse im tropischen Tropopausenbereich (TTL), (ii) Zirren in der LMS über den mittleren Breiten sowie (iii) PSCs und deren Auswirkungen auf den polaren Ozonverlust untersucht. Eine Vielzahl neuer Messungen und Studien zu PSCs hat das konventionelle Verständnis einzelner Bildungsmechanismen hinterfragt. Die verschiedenen Wege der Nukleation sollen im Hinblick auf ihr Potential zur Chloraktivierung quantifiziert werden, um so verfeinerte Vorhersagen zur Erholung der Ozonschicht zu erreichen. Ein Hauptziel des vorliegenden Projektes soll außerdem die Erforschung stratosphärischer Zirren, sowohl in den mittleren Breiten, als auch in der TTL bilden. Der Beitrag von Zirrus Wolken zum Strahlungshaushalt hängt stark von der Größenverteilung und damit von der Nukleationsrate der Eispartikel ab und bleibt weiterhin ein hoher Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen. Darüber hinaus gilt es die Dehydrierung aufsteigender Luftmassen durch die TTL besser zu verstehen. Das Chemisch Langrangesche Modell der Stratosphäre (CLaMS), das am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde, ermöglicht eine präzise Modellierung von Dehydrierung und Denitrifizierung, Prozesse die sowohl die Ozonzerstörung beeinflussen als auch die Zusammensetzung der Stratosphäre kontrollieren. In Kombination mit hochaufgelösten in-situ Messungen und globalen Satellitendaten soll die Mikrophysik stratosphärischer Eiswolken in einzigartiger Weise untersucht werden. Eine Kopplung des Lagrangeschen Transportschemas in CLaMS mit dem Klimamodell EMAC ermöglicht es, die Auswirkungen von Veränderungen im stratosphärischen Wasserdampf auf Temperaturen an der Erdoberfläche zu untersuchen. Damit trägt dieses Projekt entscheidend zu einem verbesserten Verständnis der Schlüsselprozesse bei, die Schwankungen und Trends im stratosphärischen Wasserdampf und die dekadische Variabilität im Klimaantrieb bestimmen.
Die unzureichende Darstellung der Eis- und Flüssigphase in polaren Mischphasenwolken stellt eine der größten Unsicherheiten im Verständnis der beobachteten, starken klimatischen Veränderungen in hohen Breiten dar. Abweichungen in den modellierten und beobachteten Eispartikelkonzentrationen führen zu ungenauen Vorhersagen der makroskopischen Eigenschaften der Wolken und können falsche Berechnung der deponierten solaren Energie zur Folge haben. Um diese Situation zu verbessern und zu verlässlicheren Aussagen über die klimatische Entwicklung in hohen Breiten zu kommen, müssen verstärkt in-situ Messdaten insbesondere der Eisphase erhoben werden. Solche Messungen können aufgrund der geographischen Lage allerdings nur unter erheblichem Aufwand durchgeführt werden und scheitern meist daran, dass herkömmliche Messmethoden den Phasenzustand von kleinen (kleiner als 50 Mikrometer) Wolkenpartikeln nicht verlässlich bestimmen können.Die zuverlässige Bestimmung der Phasenzusammensetzung und insbesondere die Frage nach der Rolle kleiner Eispartikeln in polarer Mischphasenwolken, ist die Motivation des vorliegenden Projektantrags. Es sollen die Existenz und Konzentration kleiner Eispartikel in anstehenden Messkampagnen in der Arktis sowie im Südpolarmeer untersucht werden, wodurch gleichzeitig ein vertiefter Einblick in die mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften kleiner Eispartikel gewonnen wird. Um dies zu erreichen, soll die neuartige Flugzeugmesssonde PHIPS (Particle Habit and Polar Scattering) zum Einsatz kommen, die stereomikroskopische Aufnahmen mit Streulichtmessungen an einzelnen Wolkenpartikeln kombiniert. Auf Basis dieser Messdaten soll ein neues Datenprodukt entwickelt werden, das zuverlässig Eispartikel von Flüssigtröpfchen unterscheidet.Die Hauptziele, die in diesem Projekt erreicht werden sollen, sind a) die selektive Detektion von Eispartikel mit Größen unterhalb 50 Mikrometer in polaren Mischphasenwolken, b) die mikrophysikalische Charakterisierung dieser Eispartikel hinsichtlich ihrer Form, Struktur und Oberflächenbeschaffenheit und c) die Quantifizierung der solaren Winkelstreufunktion von Eispartikeln in Mischphasenwolken. Die Analyse der Daten, welche in drei Feldmesskampagnen in der Arktis und im Südpolarmeer sowie in Wolkensimulations- experimenten gewonnen werden, wird einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der klimatischen Veränderungen in den hohen Breiten und deren Modellierung liefern.
Die Zukunft unserer Gesellschaft hängt von der Entwicklung der Weltmeere ab, da die Ozeane einen großen Einfluss auf das Klimageschehen haben, unverzichtbare Ressourcen, aber auch Gefahren bergen. Gleichzeitig werden die Ozeane durch die vom Menschen verursachte CO2-Freisetzung, die Fischerei und andere menschliche Aktivitäten zunehmend verändert. In dem Exzellenzcluster wird daher eine große Gruppe von Wissenschaftlern an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und den beteiligten Leibniz-Instituten miteinander vernetzt, um den vergangenen Ozeanwandel zu rekonstruieren, den heutigen Ozeanwandel zu untersuchen, die zukünftigen Veränderungen vorherzusagen, die maritimen Ressourcen zu erforschen und Konzepte zu ihrer nachhaltigen Nutzung zu entwickeln sowie die Naturgefahren, die vom Ozean ausgehen, besser einzuschätzen. Durch die Einbindung weiterer Disziplinen (Medizin, Soziologie, Ökonomie, Recht) werden die naturwissenschaftlichen, sozioökonomischen und rechtlichen Aspekte des Ozeans in einem multidisziplinären Ansatz umfassend erforscht. Die Zukunft der Ozeane wurde bisher in keinem vergleichbar breit angelegten Netzwerk exzellenter Forscher untersucht. Die Meeresforschung wird daher durch das Exzellenzcluster auf eine neue Ebene gehoben, auf deren Basis wissenschaftlich fundierte Leitlinien für Politik und Wirtschaft erarbeitet werden können. Die Cluster-Forschung wird unter zwei Themen organisiert: (1) Ozeane und Treibhauseffekt sowie (2) Maritime Ressourcen und Naturgefahren. Zu beiden Themen bestehen bereits profilierte Forschergruppen, die durch weitere Junior-Forschergruppen (JRG) ergänzt werden sollen. Die Forschungsinfrastrukturen werden in Plattformen gebündelt und weiterentwickelt, während Bildungsangebote für Doktoranden und Master-Studenten in einer neuen 'Integrated School of Ocean Sciences' zusammengeführt werden. Das im Cluster erarbeitete Grundlagenwissen wird durch entsprechende Strukturen der Öffentlichkeit, Politik und Wirtschaft zur Verfügung gestellt und zur Anwendung gebracht. Der überwiegende Teil der Cluster-Ressourcen wird jedoch eingesetzt, um JRGs in vielversprechenden neuen Forschungsfeldern zu gründen. Die Leitungspositionen dieser Gruppen werden international ausgeschrieben und den erfolgreichsten Kandidaten wird nach Ende der ersten Förderperiode eine permanente W2/W3-Professur angeboten. Dank der sehr guten Ausstattung der JRGs wird es gelingen, hoch qualifizierte Kandidatinnen und Kandidaten an das Cluster zu binden und die Position der Universität als führender europäischer Standort in der Meeresforschung weiter zu stärken.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 342 |
| Europa | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 17 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 339 |
| Sammlung | 17 |
| Text | 3 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 6 |
| offen | 352 |
| unbekannt | 2 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 285 |
| Englisch | 257 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Dokument | 1 |
| Keine | 237 |
| Webseite | 122 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 267 |
| Lebewesen und Lebensräume | 239 |
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| Wasser | 266 |
| Weitere | 352 |