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s/layer/Laser/gi

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Terrestrial, UAV-borne, and airborne laser scanning point clouds of central European forest plots, Germany, with extracted individual trees and manual forest inventory measurements

Laser scanning point clouds of forest stands were acquired in southwest Germany in 2019 and 2020 from different platforms: an aircraft, an uncrewed aerial vehicle (UAV) and a ground-based tripod. The UAV-borne and airborne laser scanning campaigns cover twelve forest plots of approximately 1 ha. The plots are located in mixed central European forests close to Bretten and Karlsruhe, in the federal state of Baden-Württemberg, Germany. Terrestrial laser scanning was performed in selected locations within the twelve forest plots. Airborne and terrestrial laser scanning point clouds were acquired under leaf-on conditions, UAV-borne laser scans were acquired both under leaf-on and later under leaf-off conditions. In addition to the laser scanning campaigns, forest inventory tree properties (species, height, diameter at breast height, crown base height, crown diameter) were measured in-situ during summer 2019 in six of the twelve 1-ha plots. Single tree point clouds were extracted from the different laser scanning datasets and matched to the field measurements. For each tree entry, point clouds, tree species, position, and field-measured and point cloud-derived tree metrics are provided. For 249 trees, point clouds from all three platforms are available. The tree models form the basis of a single tree database covering a range of species typical for central European forests which is currently being established in the framework of the SYSSIFOSS project.

Stickstoffempfindliche Lebensraumtypen NRW (LINFOS)

Stickstoffempfindliche Lebensraumtypen sind Lebensraumtypen / Biotoptypen, welche sensibel auf atmosphärische Stickstoffeinträge reagieren. Die Daten stammen aus der Landschaftsinformationssammlung (LINFOS) des Landesamtes für Natur, Umwelt und Klima Nordrhein-Westfalen (LANUK) und werden direkt über den LINFOS-WFS bezogen: https://www.wfs.nrw.de/umwelt/linfos Die WFS-Layer „stickstoffempfindliche_lrt_point“, „stickstoffempfindliche_lrt_polyline“ und „stickstoffempfindliche_lrt_polygon“ werden dabei zu einem Polygonlayer zusammengeführt; Punkt- und Linienobjekte werden dabei mit einem 5-m-Puffer in Flächen umgewandelt. Ab einem Maßstab von 1:25000 werden die Daten geometrisch leicht vereinfacht dargestellt.

PGS: POLSTRACC / GWLCYCLE and SALSA: Teilnahme der universitären Partner an einer koordinierten Arktis Mission mit HALO

Ziel diesen Antrags ist die Teilnahme der universitären Partner an den Messungen der Kampagne PGS (POLSTRACC/ GWLCYCLE/ SALSA), die im Winter 2015/2016 durchgeführt werden sollen. An der geplanten HALO Kampagne sind die Universitäten Frankfurt, Mainz, Heidelberg und Wuppertal beteiligt. Die Universität Mainz ist kein voller Partner dieses Antrages, da es kein Projekt der Universität Mainz (AG Prof. Peter Hoor) in der letzten Phase des Schwerpunktprogramms gab. Der finanzielle Teil der geplanten Aktivitäten der Universität Mainz soll daher über die Universität Frankfurt abgewickelt werden. Der wissenschaftliche Beitrag der Universität Mainz ist allerdings in einer ähnlichen Weise dargestellt wie für die anderen universitären Partner. Das Ziel von PGS ist es, Beobachtungen einer großen Zahl verschieden langlebiger Tracer zur Verfügung zu stellen, um chemische und dynamische Fragestellungen in der UTLS zu untersuchen (POLSTRACC und SALSA) und die Bildung und Propagation von Schwerwellen in der Atmosphäre zu untersuchen. (GWLCYCLE). Die Universitäten Frankfurt und Wuppertal schlagen vor hierfür GC Messungen von verschieden langlebigen Spurengasen und von CO2 (Wuppertal) durchzuführen. Die Universität Mainz schlägt den Betrieb eines Laser Spektrometers für schnelle Messungen von N2O, CH4 und CO vor und die Universität Heidelberg plant Messungen reaktiver Chlor und Bromverbindungen mit Hilfe der DOAS Technik. Die wissenschaftlichen Studien, die mit den gewonnen Daten durchgeführt werden sollen, werden im Antrag umrissen. Es sind Studien zu Herkunft und Transport von Luftmassen in der UTLS, zu Transportzeitskalen und zum chemischen Partitionierung. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese wissenschaftlichen Arbeiten zwar hier umrissen werden, die Studien selbst aber aufgrund der begrenzten Personalförderung und der kurzen Laufzeit nicht Teil dieses Antrags sind. Ziel dieses Antrags ist es, die Vorbereitung und Integration der Messgeräte zu ermöglichen, die Messungen durchzuführen und die Daten für die Datenbank auszuwerten. Wir beantragen daher hier den universitären Anteil an den Missionskosten (incl. Zertifizierung der Gesamtnutzlast und der Flugkosten), die Personalmittel, Reisekosten und Verbrauchskosten für die Durchführung der Messungen.

Modellvorhaben: Erhaltung von umweltgeschaedigten Naturstein-Grabmalen auf der Grundlage neuester naturwissenschaftlicher Erkenntnisse im national wertvollen juedischen Friedhof An der Strangriede in Hannover

Die juedische Friedhof 'An der Strangriede' in Hannover stellt ein bedeutendes Kulturdenkmal dar. Er wurde im Stil der deutschen Neoromanik durch den juedischen Baustadtrat Edwin Oppler angelegt und in der Zeit von 1864 bis 1922 belegt. Der Friedhof 'An der Strangriede' gilt heute als wichtiges nationales Zeugnis aus der Bluetezeit des Deutschen Judentums. Die Grabmale aus der Reihe 93 werden im Rahmen des Projektes saniert. Sie waren akut gefaehrdet. Zahlreiche Grabmale waren bereits eingestuerzt oder es bestand Einsturzgefahr. Neben Schaeden durch Vandalismus waren vor allem schwarze Krusten und Salzablagerungen festzustellen, die auf Luftverschmutzungen und aufsteigende Grundfeuchte zurueckzufuehren sind. Ziel des Foerderprojektes unter fachlicher Begleitung und Organisation des Norddeutschen Zentrums fuer Materialkunde von Kulturgut und des Niedersaechsischen Landesamtes fuer Denkmalpflege ist der Erhalt der 64 besonders gefaehrdeten Grabmale der Reihe 93 auf Grundlage neuester naturwissenschaftlicher und restauratorischer Erkenntnisse. Grundlage fuer die Sanierung ist die Analyse und Dokumentation der Schadensbilder nach modernsten zerstoerungsfreien Verfahren der Zustandserfassung. Zum Einsatz kamen beispielsweise Ultraschalluntersuchungen und Mikrowellenmessungen zur Feuchteaufnahme. Die Moeglichkeiten und Grenzen der Verfahren wurden untersucht sowie Aufwand und Nutzen abgeschaetzt. Die Bestimmung der Wasseraufnahme mit Karstenschen Pruefroehrchen und die Ultraschall-Messungen waren besonders aufschlussreich. Auf Grundlage der Untersuchungen wurde ein differenzierter Massnahmenplan entwickelt und kontrolliert umgesetzt. Die Sanierung erfolgte durch mittelstaendische Unternehmen. Die Schmalstieg GmbH aus Grossburgwedel fuehrte die wesentlichen Arbeiten aus. Weitere spezialisierte Unternehmen wurden bei speziellen Aufgaben beteiligt. So wurde beispielsweise das extrem geschaedigte Relief mit einer Darstellung der von Edwin Oppler gebauten Synagoge aus dem Grabmal Oppler durch Laserverfahren gereinigt. Die anschliessende Konservierung des Kalksteinreliefs erfolgte durch eine Acrylharz-Volltraenkung. Am Grabmal Bertha Koenigswarter erfolgte die Reinigung in besonders schwierigen Teilbereichen durch die Bauhuette Naumburg GmbH ebenfalls mit moderner Lasertechnik. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens liegt auch in den - im Vergleich zu chemischen Reinigungsmitteln - geringeren Umweltbelastungen in der Anwendung. Durch die systematische Vorgehensweise erfolgt eine optimale Restaurierung der Grabmale. Die gefaehrdete Substanz wird erhalten und nach modernsten Verfahren konserviert und restauriert. Auf dem juedischen Friedhof 'An der Strangriede' werden national bedeutende Grabmale aus der Bluetezeit des deutschen Judentums nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen restauriert. Durch die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Handwerksbetrieben auf Grundlage von detaillierten Voruntersuchungen kommen optimierte Technologien und ...

Experimentelle Methoden zur Simulation von Schwachwindsituationen im urbanen Bereich

Um die Auswirkung baulicher Massnahmen auf die Durchlueftung von Innenstadtbereichen zu ermitteln, sind bei Verwendung hydraulischer Modelle spezielle Versuchstechniken erforderlich: Neben der Notwendigkeit, auch sehr geringe Stroemungsgeschwindigkeiten moeglichst stroemungsfrei auszumessen, ist die Simulation von Dichtestroemungen einschliesslich der Nachbildung von Kaltluftproduktion und Waermeabgabe durch die Baukoerper nachzubilden. Fuer die Messung von niedrigen Geschwindigkeiten kommen in Ergaenzung zu Laser- und Heissfilmanemometrie lediglich optische Methoden wie z.B. Wasserstoffblaeschenbeobachtungen in Frage. Fuer die Simulation der Dichtestroeme scheidet die prinzipiell moegliche Methode, auch im hydraulischen Modell mit Waerme zu arbeiten, aus, da wegen der Einhaltung der Aehnlichkeitsgesetze eine ca. zehnfache Temperaturspreizung erforderlich waere. Abhilfe schafft hier die Verwendung von chemischen Zusaetzen, welche nach Bedarf die Dichte des Wassers vergroessern oder verringern. Erste Erfahrungen mit rechnerisch erfassbaren Versuchsbedingungen, wie z. B. Schleusenfuellungsversuche oder Abfluss eines Dichtestromes ueber eine Schwelle zeigen ermutigende Ergebnisse fuer diese Art der Experimentiertechnik.

Strategien laserbasierter und mechanischer Regulierung nicht samenbürtiger Unkräuter, Teilprojekt F

Projekt zur Entwicklung einer laserbasierten Neutronenquelle für die zerstörungsfreie Prüfung von industriell relevanten Objekten (PLANET), Teilvorhaben: Optimierung der Laserionenbeschleunigung

Erzeugung ultrafeiner hochtemperaturfester Aerosole durch Kondensation

Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.

Vertikaler turbulenter Aerosolpartikeltransport über offenem Wasser und Eis in der zentralen Arktis während des Sommers - Aerosolpartikelquellen und -umwandlung in der arktischen marinen Grenzschicht

In der Arktis ist aktuell die stärkste Temperaturerhöhung im Zuge des Klimawandels zu beobachten. Diese Tatsache beruht auf einer komplexen Kette von Prozessen und Rückkopplungen, in denen Aerosolpartikel durch ihren Einfluss auf Strahlungsbilanz und Wolkenbildung eine wesentliche Rolle spielen. Um die Auswirkungen der sich ändernden Eisbedeckung abschätzen zu können, müssen die Wechselwirkungen zwischen Ozean sowie Eis und der Atmosphäre besser verstanden werden. Grundsätzlich mangelt es besonders im Bereich des arktischen Ozeans an atmosphärischen Messungen, die zum Verständnis der Prozesse aber auch zur Vorhersage der zu erwartenden Änderungen dringend benötigt werden. Austauschprozesse zwischen Ozean/Eis und Atmosphäre sind in diesen Regionen ebenfalls wenig untersucht. Im Rahmen dieses Projektes sollen mithilfe der RV Polarstern vertikale Austauschprozesse oberhalb von Wasser und Eis im Detail betrachtet werden und damit verbundene Quellen für Aerosolpartikel lokalisiert werden. Dazu ist eine Reihe von kontinuierlichen Aerosolmessungen an Bord des Schiffes geplant, die die Anzahlgrößenverteilungen, optische Parameter (Streuung, Absorption), das Mischungsverhältnis von Partikeln, die schwarzen Kohlenstoff (BC) enthalten, die Konzentration von eisbildenden Partikeln (INP) sowie die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel umfassen. Weiterhin werden in den im Sommer häufig auftretenden Nebelphasen Nebelwasserproben gesammelt, sowie während der gesamten Kampagne täglich Wasserproben aus dem Ozean entnommen. Diese Proben werden nach der Kampagne auf die Konzentration von INP und BC untersucht. Weiterhin sollen erstmals mit Laser-Inkandeszenz Methoden die BC-Konzentrationen sowohl im luftgetragenen Aerosol als auch in Wasserproben gemessen werden. Zur Vorbereitung der Wasserproben mit hoher Salinität werden neuartige Methoden angewandt. Durch diese Kombination der parallelen Untersuchung von Bestandteilen in Luft und Wasser sollen Transport- und Austauschprozesse dieser Aerosolpartikel quantifiziert werden. Während langsamer Fahrt des Schiffes oder Drift mit dem Eis wird Messtechnik zur Bestimmung von vertikalen Partikelflüssen am vorderen Ausleger des Schiffes eingesetzt. Damit werden Zeitreihen des Windvektors und der Partikelkonzentration erfasst, mit deren Hilfe im Anschluss der vertikale, turbulente Partikelfluss über unterschiedlichen Oberflächen durch die Eddy Kovarianz Methode bestimmt werden soll. Kombiniert mit diesen Messungen wird die Konzentration der INP erfasst, um deren Ursprung und Quellen lokalisieren zu können. Ein weiteres Messsystem, das aus einer eindimensionalen Windmessung und einem Partikelzähler besteht, wird am Kranhaken des vorderen Auslegers befestigt und bestimmt Vertikalprofile der Partikelkonzentration, aus denen ebenfalls eine Abschätzung des Vertikalflusses von Partikeln möglich ist. Diese Methoden sind erprobt und etabliert, wurden nur bisher noch nie in dieser Form über dem arktischen Ozean angewendet.

Bestimmung und Vorhersage des Oberflächencoatings von Nanopartikeln, dessen molekularer Zusammensetzung, physico-chemischen Eigenschaften und der kolloidalen Stabilität nach in-situ-Exposition gegenüber natürlichen Gewässern

Nanopartikel (NP) sind neuartige Schadstoffe, deren Umweltverhalten sich grundlegend von molekularen Schadstoffen unterscheidet. Die Sorption von natürlichen organischen Substanzen (NOM) an NP ist ein Schlüsselfaktor für das weitere Umweltverhalten der NP wie Aggregation oder Sorption auf Oberflächen. Verfügbaren Daten zum Verhalten von NP beschränken sich auf Laborstudien unter stark vereinfachte Bedingungen. Für die Modellierung des Verbleibs von NP in der Umwelt ist es daher unerlässlich, die Sorptionsmechanismen unter umweltrelevanten Bedingungen zu erforschen. Dafür haben wir eine neue Methode entwickelt und validiert, bei der die NP mittels eines Dialysebeutels im Kontakt mit den gelösten Komponenten des Gewässers gebracht werden. Diese Methode ermöglicht es erstmals Partikel mit einer realistischen NOM Oberflächenbeschichtung (Coating) zu erhalten. Moderne Methoden der Oberflächencharakterisierung erlauben es zudem, die Zusammensetzung und Eigenschaften von NP Coatings detailliert zu untersuchen. Ziel dieses Projekts ist es, die Sorptionsmechanismen unter Umweltbedingungen, ihren Einfluss auf die kolloidale Stabilität und ihren Zusammenhang mit dem initialen NP Coating zu erforschen und vorherzusagen. Dazu werden die Zusammensetzungen und die Eigenschaften der unter Feldbedingungen gebildeten NP Coatings für fünf TiO2-Nanopartikeltypen, einschließlich der aus kommerziellen Produkten extrahierten Partikel, untersucht. Diese Partikel werden in 60 ausgewählten Gewässern, welche einer großen Bandbreite an wasserchemischen Parametern entsprechen, mittels Dialysebeutelmethode exponiert. Nach der Entnahme werden die Partikel mit XPS, FT-IR, ToF-SIMS und AFM analysiert, um die Oberflächenzusammensetzung, den Sorptionsmodus und die Schichtdicke des Coatings zu bestimmen. Zur Untersuchung der Schichtdicke mittels AFM wird eine neu entwickelte Probenpräparationsmethode weiterentwickelt und validiert. Die molekulare Zusammensetzung und Stabilität der NP Coatings werden mittels direkter Messung von Molekülen auf der Partikeloberfläche mit einer neu entwickelten Laser-Desorptions-Ionisation ultrahochauflösender FT-ICR MS Methode sowie sequentieller Extraktion, gefolgt von Elektrospray-Ionisation FT-ICR MS untersucht. Zudem werden Experimente zur Aggregationskinetik der exponierten NP durchgeführt. Dazu werden Proben der 60 Gewässer mit und ohne natürliche Kolloide verwendet, um Hetero- und Homoaggregation zu berücksichtigen. Die gewonnenen Daten werden in ein multivariates Machine-Learning-Modell einfließen, um die Beziehung zwischen initialem Coating, Coating mit NOM nach Exposition, der Gewässerchemie und der Aggregation der Partikel zu bestimmen und um die Eigenschaften des Coatings und die Aggregationsrate aus den vorliegenden Wasserparametern vorherzusagen. Die Modellergebnisse werden wertvolle Beiträge für die Vorhersage des Umweltverhaltens von Nanopartikeln in natürlichen Gewässern liefern.

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