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Satellitenbasierte Dienste und mobile Anwendungen für Luftqualität

Im Rahmen des Projektes sollen durch In-Situ-Messungen ermittelte Luftqualitätsdaten der Messnetze von Bund und Ländern mit Copernicus Modelldaten unter Verwendung weltweiter Satelliten- und In-Situ Daten kombiniert werden. Hierdurch können flächendeckende Informationen, insbesondere auch für Gebiete mit geringer Stationsdichte in Deutschland gewonnen werden, aber auch Daten und Informationen für Gebiete außerhalb Deutschlands sowie Prognosen. Zudem sollen Satellitendaten für die Ermittlung von Ursachen (Quellen) von Ereignissen hoher Luftschadstoffbelastung herangezogen werden. Die Ergebnisse des Projektes dienen der besseren Information der Bevölkerung durch flächendeckende Luftqualitätskarten und -vorhersagen und Information über die Ursachen vorübergehend hoher Luftschadstoffbelastungen. Hierzu soll eine Einbindung in die UBA-Internetseiten erfolgen sowie mobile Anwendungen entwickelt werden. Quelle: Bericht

Teilvorhaben: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

Das Projekt "Teilvorhaben: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. - Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum durchgeführt. Ziel des Projekts KLIPS ist die Entwicklung einer auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Informationsplattform zur Lokalisierung und Simulation von städtischen Hitzeinseln. Um in den Untersuchungsstädten Leipzig und Langenfeld existierende Hitzeinseln zu bekämpfen und dabei zudem die Entstehung neuer Hitzeinseln zu verhindern, werden sie in beiden Städten mittels hochverdichteter Sensornetze vermessen, überwacht und mit Hilfe von KI die Effekte geplanter Bau- oder Verkehrsmaßnahmen auf Hitzeinseln simuliert. KLIPS schafft dadurch ein tiefes Verständnis für die komplexen Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zwischen Verkehr, Wohnen und Gewerbe einerseits sowie Hitzeinseln andererseits. KLIPS setzt für das Monitoring und die Analyse der städtischen Wärmeinsel unter anderem auf die Nutzung satellitenbasierter Langzeitbeobachtungen der Landoberflächentemperatur durch thermische Infrarot-Radiometer und die satellitengestützte Erfassung der Landbedeckung bzw. urbanen Strukturelemente. Mit Hilfe der Satellitendaten können Tendenzen dieser Prozesse über lange Zeiträume, d.h. die Veränderungen von Oberflächentemperatur und Landbedeckung, retrospektiv über Dekaden abgebildet werden und dies im Sinne der Übertragbarkeit ortsunabhängig für jede Stadt in Deutschland. Das DLR identifiziert und akquiriert deshalb für KLIPS geeignete Satellitendaten (u.a. Landsat und Sentinel) und bereitet diese zu höherwertigen Informationsprodukten auf (z.B. Landbedeckungsklassifikationen). In einer retrospektiven Analyse der Oberflächentemperatur und Bebauungsstruktur werden zudem zum einen Methoden des maschinellen Lernens entwickelt, um hochgenaue 4-dimensionale Stadtmodelle abzuleiten und zum anderen die satellitengestützten Temperaturdaten mit den In-situ-Messungen und dem Klimamodell der Stadt Leipzig verglichen. Ferner werden die In-situ-Messungen ebenfalls in Bezug zum Stadtmodell gesetzt, um charakteristische Bebauungsstrukturen hoch belasteter Gebiete zu untersuchen.

Untersuchung von Wolken mit boden- und luftgestuetztem Radar und Lidar (CARL)

Das Projekt "Untersuchung von Wolken mit boden- und luftgestuetztem Radar und Lidar (CARL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GKSS-Forschungszentrum Geesthacht, Institut für Atmosphärenphysik durchgeführt. To validate and to improve cloud parameterizations in general circulation models, a detailed information about the cloud characteristics must be available on large scales. Crucial cloud characteristics to the cloud radiation budget, eg the particle size distribution (liquid or ice, as represented by the effective radius re), and liquid or ice water content (phase and W) are presently poorly measured at such a scale. New measurements must be carried out from airborne and spaceborne platforms to allow cloud sampling on large horizontal scales. It is the objective of this work tor prepare such developments by testing new observational remote sensing methods combining lidar and radar systems. In order to assess the retrieval performance, two phases are proposed which are two important steps in the development towards new systems in Europe. In the two phases the methodology will be tested for both warm and cold clouds. In a first phase a ground-based experiment will be conducted using two lidar systems operated at 0,53/1,06 and 10,6 micrometer and a 95 GHz radar. In-situ measurements will be used as a validation and reference information. In a second phase airborne measurements will be taken using lidar and radar instruments referenced to ground-based and in-situ observations. In both phases, model calculations will allow to analyze the impact of the cloud parameter retrieval and related errors, on the radiation and dynamics at the meso-scale. They will also be used to provide a feedback on the experimentation (quantity and quality of parameters, representativeness, parametrizations, ...). Prime Contractor: Centre National de la Recherche Scientifique, FU 0005, Institut Pierre-Smone Laplace; Guyancourt/France.

IAGOS for the GMES Atmospheric Service (IGAS)

Das Projekt "IAGOS for the GMES Atmospheric Service (IGAS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Biogeochemie durchgeführt. IAGOS (In-service Aircraft for a Global Observing System), one of the European Research Infrastructures (ERI) on the ESFRI roadmap and currently in its preparatory phase, is establishing a distributed infrastructure for long-term observations of atmospheric composition on a global scale from a fleet of initially 10-20 long-range in-service aircraft of internationally operating airlines. IAGOS will provide accurate, spatially highly resolved in-situ observations of greenhouse gases (GHGs) and reactive gases, as well as aerosol and cloud particles, in fact covering the essential climate variables (ECVs) for atmospheric composition as designated by the GCOS programme (Implementation Plan for the Global Observing System for Climate in Support of the UNFCCC, 2010). With the CARIBIC container, operated aboard an in-service aircraft on a four flights per month basis as part of IAGOS, a much larger number of parameters are routinely available. This project aims to make these valuable in-situ measurements available to the GMES Atmospheric Service in both near-real-time (for the IAGOS measurements) and delayed mode (for CARIBIC measurements). The interface between GMES and the IAGOS and CARIBIC communities is established in work package two, which also includes work on the development of database and graphical tools to make the data availalbe for the broader scientific community as well. The near-real-time provision of data requires the installation of Real Time Transmissin Units (RTTUs) on the in-service aircraft, which is carried out in work package three. Work package four focuses on the harmonization and systematic evaluation of the data quality collected on board the aircraft, and work package five supports the development of four new instruments designed to measure atmospheric quantities on board in-service aircraft, as well as a study to investigate the possible modular redesign of the IAGOS system to improve its flexibility in the future.

Messungen und Modellierung von Ozon und aktiven Spezies von Fruehjahr bis Herbst - SAMMOA

Das Projekt "Messungen und Modellierung von Ozon und aktiven Spezies von Fruehjahr bis Herbst - SAMMOA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre durchgeführt. Objective: Problems to be solved: There are still discrepancies between model prediction and observations of the year- round stratospheric ozone decline in mid and high latitudes. In summer, current models still severely overestimate ozone in the polar regions, and this appears as a major deficiency in our ability to model the complete ozone seasonal cycle. The springtime mid-latitude ozone depletion has not been satisfactorily modelled in a quantitative manner. This proposal hence aims at improving our understanding and modelling of ozone loss processes throughout spring and summer, in the northern mid and high latitudes. Scientific objectives and approach: The main scientific objective is to acquire a quantitative understanding of: (i) the mid-latitude ozone depletion accompanying the breakdown of the wintertime polar vortex, especially over Europe, and ii) the Arctic summer ozone deficit and its linkage to midlatitudes. The project relies on using an integrated approach combining ground-based and balloon-borne measurements, global satellite observations, as well as advanced chemical/dynamical modelling and data assimilation. Measurements of ozone, inert gases, or species actively involved in ozone chemistry, are made at three different stations in the Arctic throughout spring and summer. Observational techniques comprise ground-based lidar and infrared spectroscopic measurements, and light-weight balloon-borne instrumentation. Satellite observations complement these local, ground-based and in-situ measurements by allowing to characterise the global, evolving three-dimensional ozone distribution. The satellite data are globally integrated into a transport model through data assimilation. State-of-the-art numerical models are used to investigate the interaction of chemistry and mixing in the spring and summer stratosphere. These models are used to diagnose the ozone loss mechanisms and the overall transport of trace species in spring and summer. Correlative studies of the abundance of various trace species, either modelled or measured, allow to disentangle the effect of mixing from chemical sources and sinks. Expected impacts: The information to be provided by the field campaigns and model studies during SAMMOA will improve the quantification of ozone loss in the stratosphere, a key science priority in support of the Montreal protocol. This project will particularly impact on understanding of ozone depletion in spring and summer, when it is most harmful. It is indeed in the summertime, that human exposure to UV radiation is largest in middle latitudes. Modelling improvements shall result in better assessment and prediction of the ozone trend and recovery in support of regulatory protocols. Prime Contractor: Norwegian Institute for Air Research; Kjeller.

Adaptierung des EFAS-Systems an Sondiertechnik zur VOC Vor-Ort-Analytik

Das Projekt "Adaptierung des EFAS-Systems an Sondiertechnik zur VOC Vor-Ort-Analytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Technik und Umwelt, Institut für Instrumentelle Analytik durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung. In der Bundesrepublik Deutschland werden jährlich ca. 100 ha Land für Siedlung und Verkehr verbraucht, die Hälfte dieser Fläche wird dabei versiegelt. In den letzten 50 Jahren hat sich die Siedlungs- und Verkehrsfläche in den alten Bundesländern nahezu verdoppelt. Während einerseits neue Gewerbe- und Wohngebiete auf der grünen Wiese entstehen, wächst der Anteil an Brachflächen. Ein Lösungskonzept zur Verminderung des Flächenverbrauchs ist die konsequente Umsetzung eines Flächenrecyclings, also der Wiedernutzung von industriellen, gewerblichen oder militärischen Brachflächen, vor allem im urbanen Bereich. Dies sind in aller Regel altlastverdächtige Flächen. Um eine zügige und belastbare Erkundung dieser Flächen zu gewährleisten, können Analyseverfahren, die vor Ort eingesetzt werden, wichtige Vorteile bringen. Aus diesem Grund hat die DBU das Verbundvorhaben High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung gefördert. Ziel des Verbundes war es, konventionelle, handgehaltene bis mittelschwere Sondiersysteme mit kostengünstigen und modernen Sensoren auszurüsten. Damit sollen bereits bei den Erkundungsarbeiten analytische Signale erzeugt und ausgewertet werden können. Das Verbundvorhaben wurde in 14 eigenständige Vorhaben untergliedert, die organisatorisch klar voneinander abgegrenzt waren und eigene Vorhabensziele beinhalten: AZ 19219, 19220, 19221, 19225, 19229, 19230, 19232, 19233, 19234, 19235, 19281, 21918. Das Einzelvorhaben High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung: Adaptierung des EFAS-Systems an Sondiertechnik zur VOC Vor-Ort-Analytik Der bereits früher entwickelte Evaneszent-Feld-Absorptions-Sensor ist ein tragbares faseroptisches Sensorsystem, welches sich für quantitative und kontinuierliche Direktmessungen z. B. von apolaren VOCs in wässrigen Medien eignet (summarische Konzentrationsbestimmung). Die Zielsetzung der Arbeiten in diesem Teilprojekt lag in einer umfassenden Modifikation und Miniaturisierung des Faseroptik-Sensors sowie in der Integration von geeigneten Mikro-Fluidikkomponenten. Dieses Modul sollte dann in leichte Rammkern-Sondiertechnik eingebaut werden, um das Sensorsystem für schnelle in-situ-Messungen bei Rammkernsondierungen im Altlastenbereich einsetzen zu können. Mit der kombinierten Sensor-/Rammkerntechnik sollte die Möglichkeit eröffnet werden, z. B. eine Tiefenverteilung von VOC-Schadstofffronten und Phasenübergängen im Kompartiment Wasser schnell vor Ort zu ermitteln. Fazit: Die Miniaturisierung und Integration des EFAS-Messkopfes in leichte Rammkernsondiertechnik ist im Rahmen des Verbundprojekts erfolgreich durchgeführt worden. Auch ließen sich durch einen völlig neuen Sondenaufbau die prinzipielle Eignung des Systems für eine Rammkernsondenbasierte schnelle VOC-Vor-Ort-Analytik im Grundwasser aufzeigen. (Text gekürzt)

In-situ-Messungen an neuen Schleusen

Das Projekt "In-situ-Messungen an neuen Schleusen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Wasserbau durchgeführt. Eine Hauptursache für die Rissbildung im Beton von Wasserbauwerken ist die Wärmeentwicklung und der dadurch entstehende Temperaturzwang während des Erhärtens des Betons ('früher Zwang'). Um Grundlagen für zutreffendere, die verkehrswasserbauliche Spezifik besser berücksichtigende Methoden zur Rissbreitenbegrenzung bzw. Rissvermeidung zu schaffen, wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens Messungen und Berechnungen an den Neubauschleusen Rothensee und Hohenwarthe durchgeführt und ausgewertet sowie ergänzende Berechnungen und Laboruntersuchungen vorgenommen. Die Messungen vor Ort an den beiden Schleusen sind abgeschlossen. Entsprechende Berichte mit der Darstellung aller Messwerte liegen vor. Die Laboruntersuchungen zur Ermittlung der maßgebenden Betoneigenschaften sind ebenfalls abgeschlossen. Auf der Basis dieser Werte erfolgte seitens der TU Braunschweig eine numerische Modellierung bzw. Berechnung zur realitätsnahen Simulation der Beanspruchung im Betoninneren. Der abschließende Bericht wurde im Mai 2004 der BA W vorgelegt. Die vorhandenen Unterlagen und Ergebnisse sind noch einer abschließenden Prüfung und Bewertung zu unterziehen und in einem Abschlussbericht zusammenzufassen Diese ursprünglich für 2004 vorgesehenen Leistungen müssen auf Grund der vorrangig zu bearbeitenden anderweitigen Aufgaben im Jahr 2005 erbracht werden.

European Study of Carbon in the Ocean, Biosphere and Atmosphere: ocean section

Das Projekt "European Study of Carbon in the Ocean, Biosphere and Atmosphere: ocean section" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Objective: The long-term goal of ESCOBA is to investigate, quantify, model and eventually predict the behaviour of the global carbon cycle in response to the perturbation by man and with respect to its interaction with the physical climate system on time scales of up to several hundred years. The specific objectives of ESCOBA-ocean are to better understand the oceanic processes affecting the observed north-south atmospheric concentration gradient and to assess the impact of the seasonal cycle on the uptake of CO2 by the ocean. Both a modelling approach and an experimental approach will be used. General Information: This will be achieved by further collection of data, detailed model validation, sensitivity studies, incorporation of processes that appear likely to be important regarding oceanic CO2 uptake and transport neglected in previous studies, and simplification of complex 1-D biogeochemical models and their parameter fields. In particular, the role of DOC (dissolved organic carbon) in the carbon cycle will be studied, to better understand the export production partition into particulate and dissolved organic matter (DOM), the time scales of DOM decay and the Redfield ratio of DOM. Based on time series measurements at a fixed station in the oligotrophic North Atlantic (ESTOC station) the magnitude and decay characteristics of the DOM (dissolved organic matter) pulse that is expected to be associated with the spring bloom will be established and the seasonal evolution of the Redfield ratio in isolates of DOM will be analyzed. Satellite measurements will be used to study the world ocean productivity to assess the world ocean primary production (and the carbon fixation) in conjunction with a light-photosynthesis model as well as the temporal evolution (month-by-month) and interhemispheric difference in oceanic carbon fixation and circulation within the phytoplankton compartment. The resulting carbon fixation values will be combined with the pCO2 evolution as measured at sea via diagnostic and prognostic approaches. An experimental part of this project aims at the direct determination of the seasonal cycle and yearly average of the air-sea CO2 flux in two oceanic regions, the Indian ocean and the tropical Pacific ocean. The data will provide boundary conditions on these ocean basins to the atmospheric transport model intended at interpreting the north-south concentration gradient. In situ measurements will be carried out by ships and automated drifting buoys (CARIOCA). Satellite measurements of wind speed, sea surface temperature and ocean colour will be used to deduce the air-sea CO2 flux at regional scale to improve the computing of CO2 uptake in the models. Furthermore, the links between the transfer velocity and physical, chemical and biological parameters at the ocean surface will be investigated by direct ... Prime Contractor: Universite Pierre et Marie Curie, Pari VI, Laboratoire d Oceanographie Dynamique et de Climatologie; Paris; France.

Projektverbund: H2S-Messung in-situ in Gewaessern - Teil A: Entwicklung eines H2S-Sensors

Das Projekt "Projektverbund: H2S-Messung in-situ in Gewaessern - Teil A: Entwicklung eines H2S-Sensors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Fachbereich Chemie durchgeführt. Hauptaufgabe der Universitaet Rostock, Sektion Chemie, ist die Entwicklung eines spezifischen Schwefelwasserstoff-Sensors fuer in-situ-Messungen in Gewaesssern auf der Grundlage eines amperometrischen H2S-Gassensors. Dabei sollen die besonderen Problme, die beim Uebergang von der Gasphase in waessrige Loesungen zu erwarten sind, wie zB Einfluss des Messmediums und des Druckes, Pflanzenbewuchs bei Langzeitmessungen, untersucht werden. In diesem Zusammenhang soll eine coulometrische Kalibriereinheit zur Herstlelung von H2S-Standardloesungen im ppm- bzw ppb-Bereich entwickelt werden, um die bisher problematische und unsichere Bereitung solcher Loesungen zu umgehen. Es gibt bisher keine zuverlaessige Messmethode fuer in situ-Messungen von Schwefelwasserstoff im Spurenbereich in waessrigen Loesungen.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Chemie, Graduiertenschule Energy Science & Engineering durchgeführt. Im Rahmen des Teilprojekts 3 Elektrokatalyse (NUKFER) wird eine Probenumgebung für Kernresonanzexperimente für in-situ-Untersuchungen eisenhaltiger heterogener Katalysatoren (Fe-N-C) unter Reaktionsbedingungen in der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM-BZ) aufgebaut. Fe-N-C-Katalysatoren bilden eine neue Materialgruppe edelmetallfreier Katalysatoren, die wegen ihrer sehr guten Aktivität als aussichtsreiche und günstige Alternative zu Pt/C für die Energiegewinnung in der PEM-BZ gelten. Für diese neuen Materialien treten Degradationsprozesse in der BZ auf, die bisher nur unzureichend verstanden sind. Deshalb soll für die Nutzung an der Beamline P01 (PETRA III) ein PEM-BZ-Messplatz kombiniert mit einem temperierbaren Chemisorptionsmessplatz für ortsaufgelöste in-situ-Messungen der potential- (Load-sMS) und (schad-)gasbedingten Änderungen (Gas-sMS) an den Fe-N-C-Katalysatoren in der Membran-Elektrodeneinheit (MEA) entwickelt werden. Der Messplatz wird im Rahmen einer Doktorarbeit aufgebaut. Grob skizziert umfasst dies i. Beschaffung der Komponenten (BZ, Badkryostaten, Massenspektrometer und x,y,z-Tisch), ii. Anpassung der BZ für in-situ-Experimente bei Normaldruck, Optimierung der MEA-Präparation (Fe-N-C) und Implementierung bei PETRA III, iii. Tests hinsichtlich Gasdichtigkeit, Messgenauigkeit und quantitativer Auswertung der Gasadsorption, iv. Transfer zu PETRA III für Testmessungen, ggf. Nachjustage, dann Nutzerbetrieb. Der Messplatz setzt sich aus zwei Teilkomponenten zusammen: 1. in-situ Brennstoffzellenmessplatz für die ortsaufgelöste Untersuchung der Degradation unter Betriebsbedingungen (Load-sMS). 2. in-situ Chemisportionsmessplatz zur ortsaufgelösten Untersuchung des Einflusses von (Schad-)Gasen auf die Katalysatoren in der Brennstoffzelle (Gas-sMS). Die Tätigkeiten des Doktoranden werden durch weitere Mitarbeiter der Arbeitsgruppe bei der Katalysatorherstellung, der Parameteroptimierung und bei den Messzeiten am Synchrotron unterstützt.

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