Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Synoptische Ereignisse, prozessorientierte Analyse und Projektkoordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung - Institut AWI - Forschungsstelle Potsdam durchgeführt. Die übergreifenden Ziele von SynopSys sind die Bewertung und Verbesserung der Vorhersagefähigkeit von ICON-NWP (ICOsahedral Nonhydrostatic Numerical Weather Prediction model) des Deutschen Wetterdienstes über der arktischen Region durch die Nutzung der einzigartigen Messungen synoptischer Prozesse und Ereignisse während der MOSAiC-Expedition. Der Hauptbeitrag des AWI-Teilprojekts ist die Entwicklung und Anwendung einer ereignisbasierten Diagnostik, welche von den MOSAiC-Messungen ausgeht. Atmosphärische Prozesse in polaren Gebieten sind von besonderem Interesse, da hier im Winter Wechselwirkungen zwischen dem stratosphärischen Polarwirbel und der troposphärischen Zirkulation stattfinden. Diese Wechselwirkungen werden über die potentielle Vortizität vermittelt, einer theoretischen Erhaltungsgröße, die das Wirbelpotential der Zirkulation beschreibt. Die im Rahmen des AWI Teilprojekts neu zu entwickelnde Diagnostik wird deshalb auf der potentiellen Vortizität basieren und die Auswirkungen von Anomalien auf Bildung und Entwicklung von Zyklonen, blockierende Hochdrucklagen, Fronten und andere Ereignisse charakterisieren. Diese neue Diagnostik wird federführend von der AWI-Gruppe angewendet, um (l) synoptische Ereignisse zu erkennen und zu charakterisieren, (2) das Verständnis dynamischer Prozesse im gekoppelten Troposphäre-Stratosphäre-System durch die Analyse der MOSAiC Messungen, von Reanalysedaten sowie globalen und regional hochaufgelösten Modellsimulationen mit ICON-NWP zu verbessern, (3) das Potential für eine Verbesserung der Vorhersagefähigkeit von ICON-NWP durch eine bessere Darstellung physikalischer Prozesse insbesondere in der Arktis abzuschätzen. Es wird ein verbessertes Prozessverständnis in den datenarmen polaren Regionen angestrebt. Verbesserte Analysemöglichkeiten und schlussendlich Vorhersagekapazitäten haben als potentielles Ziel einen großen Einfluss auf Entscheidungsfindungen im sozio-ökonomischen und politischen Umfeld.
Das Projekt "Vorhaben: Bewertung und Verbesserung der Vorhersagefähigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Wetterdienst durchgeführt. Das Teilprojekt SynopSys-DWD im Verbundprojekt SynopSys hat zum Ziel die einzigartigen Beobachtungsdaten, die während der MOSAiC Expedition erhoben wurden, für die Bewertung und Verbesserung der Vorhersagefähigkeiten des Wettervorhersagemodells ICON-NWP des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zu nutzen. Dabei sollen insbesondere die Routinemessungen der MOSAiC Expedition sowie Fernerkundungs- und Vorhersagedaten für die Erkennung und Charakterisierung von synoptischen Ereignissen in der Arktis und deren Auswirkungen auf die mittleren Breiten genutzt werden. Ausgehend von dieser Datenbasis wird ein ereignisbasiertes, diagnostisches Konzept entwickelt und implementiert, welches unser dynamisches Prozessverständnis im gekoppelten Troposphäre-Stratosphäre-System verbessern wird. Darauf aufbauend werden physikalische Prozesse identifiziert, die spezifische Defizite des Wettervorhersagemodells ICON-NWP verursachen und Verbesserungen erarbeitet, die eine verbesserte Darstellung physikalischer Prozesse im ICON-NWP, insbesondere in der Arktis, ermöglichen.
Das Projekt "MOSAiC 3 - IceScan: Dreidimensionale Meereisgeometrie unter Gefrier- und Schmelzbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. MOSAiC liefert den ersten ganzjährigen hoch aufgelösten Datensatz der Eisgeometrie, der mithilfe von Fächerecholot erhoben wurde. In Kombination mit luftgestützter Kartierung der Eisoberseite ermöglicht dies eine detaillierte Untersuchung der Entwicklung der Eisgeometrie an der Ober- und Unterseite. Der Einsatz moderner Unterwasser Technologie während MOSAiC ermöglichte einen einmaligen Datensatz, der dringend benötigt wird, um das Verständnis der Prozesse klimatischer Veränderungen in der Arktis zu verbessern. Dies beinhaltet die Entwicklung und Schmelze von Meereis, den Lebenszyklus von Presseisrücken, direkte und indirekte Effekte der Topographie der Eisunterseite auf den darunterliegenden Ozean, sowie verschiedene Fernerkundungsmethoden. Im Projekt IceScan beantragen wir Gelder um den auf der MOSAiC Kampagne gesammelten, wichtigen und umfassenden Datensatz dreidimensionaler Meereisgeometrie zu prozessieren und auszuwerten. Dies beinhaltet hochauflösende Unterwasser und luftgestützte Fernerkundung, sowie Feldbeobachtungen von Meereistiefgang, Freibord und Geometrie. Wir verwenden hauptsächlich ganzjährige Fächerecholot (Tauchroboter Beast) und luftgestützte Laser Scanner Daten, gemeinsam mit Messungen der Schnee- und Eiseigenschaften. Die Ergebnisse ermöglichen vielfältige ergänzende interdisziplinäre MOSAiC Projekte, die von Daten zur dreidimensionalen Eisgeometrie abhängen um z.B. Presseisrücken, sowie deren Effekt auf Eiswachstum und Schmelze sowie den darunterliegenden Ozean zu untersuchen. Die Ergebnisse von IceScan ermöglichen Fortschritt im Verständnis geophysikalischer Methoden der Meereisuntersuchung, der Fernerkundung, sowie der Modellierung und Parametrisierung von klimarelevanten Meereisprozessen wie Energieflüssen zwischen Atmosphäre, Eis und Ozean.
Das Projekt "MOSAiC 3 - nuArctic: Quantifizierung der Nährstoffflüße in der 'neuen' Arktis und Auswirkungen auf zukünftige marine Primärproduktion und Kohlenstoffexport" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Der Arktische erwärmt sich aufgrund des anthropogenen Klimawandels mehr als doppelt so schnell wie die gemäßigten Zonen, und es wird erwartet, dass das sommerliche Meereis bis zur Mitte des Jahrhunderts verschwindet. Vor diesem Hintergrund stellen wir die Hypothese auf, dass die Primärproduktion durch die zurückgehende Meereisbedeckung steigen wird, bis die Nachteile durch Nährstoff-Limitierung die Vorteile der höheren Lichtverfügbarkeit überwiegen. Der verfügbare 'Nährstoffvorrat', der über den Winter in der oberflächennahen Wasserschicht entsteht, bestimmt weitgehend die Menge der jährlichen Primärproduktion. Wie viel Nährstoffe im Arktischen Ozean remineralisiert werden, ist jedoch unbekannt; was dazu führt, dass das Nährstoff-Budget der Arktis nicht geschlossen werden kann - es fehlt eine bislang unentdeckte Nährstoffquelle. Diese eklatante Lücke in unserem Verständnis ist vor allem auf den extremen Mangel an Nährstoff-Daten, insbesondere im Winter und in der ozeanischen Dämmerungszone, zurückzuführen. Ziel des nuArctic-Projekts ist es, diese Lücke durch die Assimilierung von Daten der MOSAiC-Drift-Expedition in ein biogeochemisches Modell der neuesten Generation, das auch Teil eines Erdsystemmodells ist, zu schließen. nuArctic wird die Remineralisierung organischen Materials erforschen, einen grundlegenden Prozess, der den oberflächennahen mit dem tiefen Ozean verbindet. Remineralisierung beeinflusst die biogeochemischen Kreisläufe von ökologisch wichtigen Substanzen wie Nährstoffen, Sauerstoff und Kohlenstoff. Insbesondere wird nuArctic das Verständnis der Remineralisierung von Nährstoffen und deren Rückkopplung mit der Funktionsweise des Ökosystems verbessern. Unsere Fortschritte bei der Modellierung der Remineralisation werden (1) zu einem pan-arktischen Nährstoff- und Kohlenstoffbudget für die letzten 4 Jahrzehnte führen und (2) die Robustheit der Projektionen der Primärproduktion im Arktischen Ozean und seiner Rolle als zukünftige Kohlenstoffsenke.
Das Projekt "Vorhaben: Ozonverteilung in synoptischen Ereignissen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Hauptziel in diesem Projekt ist die Nutzung von Ozonsatellitendaten mit hoher räumlicher und vertikaler Auflösung in Untersuchungen von synoptischen Ereignissen in der Arktis während der MOSAiC Schiffskampagne im Jahr 2019/20 und im historischen Kontext der Satellitenära (ab 1978). Gemeinsam mit dem Verbundpartner AWI sollen die Ozonsatellitendaten zusammen mit atmosphärischen in-situ und Fernerkundungsdaten der MOSAiC-Expedition und ERA5-Reanalysedaten verwendet werden, um eine verbesserte Diagnostik von synoptischen Ereignissen zu erstellen und mit weiteren Untersuchungen zum besseren dynamischen Prozessverständnis der Troposphäre-Stratosphäre Wechselwirkung beitragen. Verfügbare satellitengestützten Messungen von Gesamtozon sowie höhenaufgelöste Ozonmessungen in der polaren Region werden hinsichtlich der Genauigkeit und vertikalen Auflösung im Bereich der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) sowie der horizontalen Auflösung optimiert. Es werden Methoden eingeführt, die die Qualität der OMPS-LP Limb-Ozonprofile im UTLS-Bereich derart verbessert, um die vertikale Auflösung der Ozondaten zu erhöhen, was wichtig ist für Untersuchungen von kleinskaligen atmosphärischen Prozessen. Die verbesserte und automatisierte Diagnostik der synoptischen Ereignisse und das dynamische Prozessverständnis sollen in der Zusammenarbeit mit dem Verbundpartner DWD zu Verbesserungen in den Wetter-Vorhersagemodellen führen. Die verbesserte Höhenauflösung der OMPS-Limbdaten in Kombination mit der sehr hohen räumlichen Auflösung der Ozonsäulenmessung von TROPOMI (5 km x 3.5 km) sollen zur Identifizierung und Statistik synoptischer Ereignisse in der Arktis während der TROPOMI Mission (ab 2018) genutzt werden. Unter Hinzunahme weiterer Ozonsatellitendaten (ab 1979) sollen solche Ereignisse und ihre Auswirkungen auf die Troposphäre-Stratosphäre Wechselwirkung im historischen Kontext und deren Änderungen im Klimawandel untersucht werden.
Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Beobachtungen arktischer Mehrschichtwolken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Meteorologie durchgeführt. Wolken spielen eine zentrale Rolle in der Kopplung der Atmosphäre mit der Erdoberfläche. Diese Verbindung wird durch den direkten Strahlungstransport im solaren und terrestrischen Wellenlängenbereich sowie den Austausch latenter Energie in der Form von Feuchteflüssen und Niederschlag hergestellt. Im Gegensatz zu anderen Orten auf der Erde können Wolken in der Arktis mit ihrer im Vergleich zur Erdoberfläche oft wärmeren Wolkenoberkante eine erwärmende Wirkung auf der Erdoberfläche ausüben. Der Fokus in der Untersuchung arktischer Wolken lag bisher auf sogenannten Einschichtwolken, welche sich in der Regel am Oberrand der planetaren Grenzschicht bilden. Wolken, die in einer anderen Höhe oder in mehreren Höhen gleichzeitig auftreten (Mehrschichtwolken), könnten allerdings einen Einfluss auf die Energiebilanz der Erdoberfläche ausüben, der sich von dem der umfangreich untersuchten Einschichtwolken unterscheidet. Dies hat mehrere Gründe: (i) den komplexen Strahlungstransport im Vergleich zu Einschichtwolken, (ii) der Einfluss oberer Wolken auf die diabatische Abkühlung darunter liegender Wolken und (iii) Eiskristalle, die aus oberen in die unteren Wolken fallen, können durch Eisimpfung die Wasserphase der unteren Wolken verändern und damit die Bildung von Mischphasenwolken im Temperaturbereich des heterogenen Gefrierens ermöglichen. MAMiP:O strebt an die Lücken in unserem wissenschaftlichen Verständnis arktischer Mehrschichtwolken durch die systematische Auswertung von Fernerkundungsmessdaten zu schließen. Folgende Fragen sollen beantwortet werden: 1. Wie häufig treten Mehrschichtwolken im Vergleich zu Einschichtwolken auf? 2. Kann das Auftreten arktischer Einschicht- und Mehrschichtwolken aus aktiven und passiven Satellitenbeobachtungen abgeleitet werden? 3. Wie oft tritt Eiskristallimpfung in arktischen Mischphasenwolkensystemen auf? 4. Welche Faktoren bestimmen die Eiskristallimpfung? Lösen sich geimpfte Wolken auf oder verdicken sie sich?
Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Multi-Skalen-Simulationen mit einem regionalen Klimamodell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Trier, Fachbereich VI Raum- und Umweltwissenschaften, Fach Umweltmeteorologie durchgeführt. Die Repräsentation von Meereis in Klimamodellen für die Arktis spielt eine Schlüsselrolle für das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Ozean, Meereis und Atmosphäre und ist damit von großer Relevanz für Simulationen des arktischen Klimasystems. Das Teilprojekt wird zu den Kernthemen von MOSAiC beitragen in Form von mesoskaliger Modellierung mit dem regionalen Klimamodell CCLM mit hoher Auflösung und der Nutzung der MOSAiC-Daten zur Modellverifikation. Der Fokus liegt dabei auf Skaleneffekten der Repräsentation von Eisrinnen mit dem Fokus auf die Energieflüsse an der Oberfläche und die Struktur der atmosphärischen Grenzschicht. Dazu werden CCLM-Simulationen von der konvektionsauflösenden Skala bis zur Skala typischer regionaler Klimamodelle durchgeführt. Die Daten des MOSAiC-Experiments werden zur Verifikation der Simulationen verwendet. Für die realistische Beschreibung von Eisrinnen werden Satellitendaten genutzt. Im Verbund mit den Large-Eddy-Simulationen des Projektpartners ist so die Beschreibung der Skaleneffekte von Eisrinnen bis zur wirbelauflösenden Skala möglich. Die Auswertungen erfolgen gemeinsam mit anderen MOSAiC-Modellgruppen, insbesondere im Rahmen von Arctic-CORDEX. Das Projekt wird einen wichtigen Datensatz zur Verifikation von Parametrisierungen von Meereis in Wettervorhersage- und Klimamodellen liefern, und es wird eine Verbesserung des Verständnisses der Einflüsse von Eisrinnen auf die atmosphärische Grenzschicht erzielt. Das Teilprojekt hat folgende Hauptziele: (1) Hochaufgelöste Modellierung mit dem Modell CCLM für die gesamte MOSAiC-Periode und Verifikation der Simulationen mittels der MOSAiC-Messdaten. (2) Untersuchung der Skaleneffekte der Repräsentation von Eisrinnen durch Hochskalieren von der konvektionsauflösenden Skala auf die Skala von Klimamodellen. (3) Untersuchung der Skaleneffekte der Repräsentation von Eisrinnen durch Hochskalieren von der Large-Eddy-Skala zur Mesoskala (zusammen mit Teilprojekt 2).
Das Projekt "MOSAiC 2 - MOSaRiCs: Fernerkundungsbeobachtungen von Wolkeneigenschaften zur Untersuchung der Strahlungswirkung und Änderungen im arktischen Klimasystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. Im Rahmen des Projekts MOSaRiCs sollen die einmaligen Fernerkundungsbeobachtungen von Wolkeneigenschaften, die während der MOSAIC-Expedition gesammelt wurden und einen kompletten Jahresgang abdecken, zu Untersuchungen der Strahlungswirkung von Wolken und ihrem Beitrag zu Änderungen in dem arktischen Klimasystem genutzt werden. Hierzu sollen breitbandige und spektral aufgelöste infrarote Strahlungsgrößen am Oberrand der Atmosphäre simuliert und ihre Übereinstimmung mit kollokierten Beobachtungen und Produkten der CERES und IASI Satelliteninstrumente verglichen werden. Ebenso ist ein Vergleich der beobachteten Wolkeneigenschaften mit dem Clouds from Infrared Sounders (CIRS) Klimadatensatz geplant, um seine Genauigkeit und Eignung zur Detektion von Änderungen in der Bewölkung über der Arktis zu bestimmen. Basierend auf diesen Erkenntnissen sollen interannuale Variabilität und Trends in den inzwischen fast zwei Dekaden abdeckenden Beobachtungszeitreihen von CERES und IASI analysiert werden, mit dem Ziel eines verbesserten Verständnisses der hinter Änderungen in der Bewölkung und Strahlungsbilanz stehenden physikalischen Wirk- und Rückkopplungsmechanismen.
Das Projekt "Vorhaben: Modellierung arktischer Mehrschichtwolken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Im beantragten Verbundprojekt MAMiP werden die einzigartigen Daten aus der MOSAiC-Kampagne zur Untersuchung von sogenannten Mehrschichtwolken in der hohen Arktis genutzt. Während in Teilprojekt MAMiP:O die MOSAiC-Beobachtungen ausgewertet werden, wird im Teilprojekt MAMiP:M basierend auf den beobachteten Fällen mit Hilfe von wolkenauflösender Modellierung mit dem ICON-LEM Modell die Wechselwirkung von Strahlungs- und Mikrophysikprozessen, die Vorhersagbarkeit von Mehrschichtwolken und ihr Einfluss auf die Energiebilanz an der Oberfläche untersucht. Für die Referenzsimulationen wird ein genestetes Modellsetup angestrebt, welches die Vorzüge des ICON-Modells als skalenübergreifendes ('seemless') Modellsystem benutzt. Diese werden mit MOSAiC-Beobachtungen evaluiert. Durch die Erfahrungen bei der Modellierung wird auch der zur Klassifizierung der Mehrschichtwolken verwendete Algorithmus kritisch überprüft und verbessert werden. Anschließend wird durch Sensitivitätsexperimente die Resilienz der betrachteten Mehrschichtwolken gegenüber Änderungen in mikrophysikalischen Parametern und Umgebungsbedingungen untersucht und die Rolle von mikrophysikalischen und dynamischen Prozessen identifiziert. Außerdem wird in diesen Simulationen der Strahlungseffekt von Mehrschichtwolken quantifiziert. Schließlich werden wir die Möglichkeit der Ausweitung der Mehrschichtwolkenstatistik mit Simulationen für längere Zeiträume und eine größere Region in der hohen Arktis untersuchen und die Ergebnisse mit MAMiP:O vergleichen. Die Ergebnisse von MAMiP:M werden in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht und auf internationalen Konferenzen vorgestellt. Die erzeugten Daten werden in freien Repositorien veröffentlicht. Die Forschungsthemen aus MAMiP:M werden auch in Veranstaltungen für die interessierte Öffentlichkeit und Schülerinnen und Schüler thematisiert werden.
Das Projekt "Vorhaben: Serverumgebung und Simulationsdaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Klimarechenzentrum GmbH durchgeführt. Das Verbundprojekt M-VRE befasst sich mit der Entwicklung von web-basierten Prozessierungsdiensten für die Analyse von polaren Messdaten aus der MOSAiC-Messkampagne. Das Teilvorhaben 'Serverumgebung und Simulationsdaten', das von dem Deutschen Klimarechenzentrum GmbH (DKRZ) umgesetzt wird, befasst sich mit der Entwicklung einer flexibel einsetzbaren, grundlegenden technischen Infrastruktur zur skalierbaren und effizienten Bereitstellung der verschiedenen MOSAiC-Prozessierungsdienste im Rahmen einer virtuellen Forschungsumgebung. Die Analyse-Tools werden von den Verbundpartnern entwickelt und zur Verfügung gestellt. Diese Infrastruktur wird auf Basis von Docker-Containern und der Orchestrierungssoftware Kubernetes entwickelt und am AWI zum Einsatz gebracht. Zusätzlich zu den MOSAiC-Daten im MOSAiC Central Storage werden ausgewählte Klimasimulationsdaten eingebracht und in der M-VRE nutzbar gemacht. Unter Beachtung der MOSAiC-Data Policy wird dabei bereits frühzeitig eine Analysemöglichkeit ermöglicht, die schrittweise auf mehr Nutzer und um weitere Funktionalitäten erweitert wird. Die interessierte Öffentlichkeit kann zum Ende des Datenmoratoriums auf die Analyseumgebung zugreifen. Die Verwendung etablierter und portierbarer Technologien ermöglicht zum einen nachhaltigen Betrieb am AWI, zum anderen eine Übertragbarkeit auf kuratierte Datenkollektionen weiterer Forschungsvorhaben.
| Origin | Count |
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| Bund | 44 |
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| Förderprogramm | 44 |
| License | Count |
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| offen | 44 |
| Language | Count |
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| Keine | 39 |
| Webseite | 5 |
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| Boden | 31 |
| Lebewesen & Lebensräume | 33 |
| Luft | 37 |
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| Weitere | 44 |