Das Projekt "Mesoskaliges Netzwerk zur Überwachung von Treibhausgas- und Schadstoffemissionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik , Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme durchgeführt. Aktuelle wissenschaftliche Studien legen nahe, dass die aktuelle Erderwärmung durch Treibhausgasemissionen hervorgerufen wird, die vom Menschen verursacht sind. Um gegen diese Entwicklung geeignete Maßnahmen ergreifen zu können bzw. um zu überprüfen, ob solche Maßnahmen von Erfolg gekrönt sind, ist es notwendig, die Schadstoffkonzentrationen inklusive der zugehörigen Emissionsquellen genau zu kennen. Diese Informationen sind bisher jedoch sehr lückenhaft und beruhen auf sogenannten 'bottom-up' Berechnungen. Da diese Kalkulationen nicht auf direkten Messungen beruhen, weisen sie große Ungenauigkeiten auf und sind außerdem nicht in der Lage, bisher unbekannte Emissionsquellen zu identifizieren. In dem hier vorgestellten Projekt soll ein mesoskaliges Netzwerk für die Überwachung von Luftschadstoffen wie CO2, CH4, CO, NO2 und O3 aufgebaut werden, das auf dem neuartigen Konzept der differentiellen Säulenmessung beruht. Bei diesem Ansatz wird die Differenz zwischen den Luftsäulen luv- und leewärts einer Stadt gebildet. Diese Differenz ist proportional zu den emittierten Schadstoffen und somit eine Maßzahl für die Emissionen, welche in der Stadt generiert werden.Mithilfe dieser Methode wird es in Zukunft möglich sein, städtische Emissionen über lange Zeiträume hinweg zu überwachen. Damit können neue Informationen über die Generierung und Umverteilung von Luftschadstoffen gewonnen werden. Wir werden u.a. folgende zentrale Fragen beantworten: Wie verhält sich der tatsächliche Trend der CO2, CH4 und NO2 Emissionen in München über mehrere Jahre? Wo sind die Emissions-Hotspots? Wie akkurat sind die bisherigen 'bottom-up' Abschätzungen? Wie effektiv sind die Maßnahmen zur Emissionsreduzierung tatsächlich? Sind vor allem für Methan weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen notwendig? Zu diesem Zweck werden wir ein vollautomatisiertes Messnetzwerk aufbauen und passende Methoden zur Modellierung entwickeln, welche u.a. auf STILT (Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport) und CFD (Computational Fluid Dynamics) basieren. Mithilfe der Modellierungsresultate werden wir eine Strategie entwerfen, wie städtische Netzwerke zur Überwachung von Luftschadstoffen aufgebaut werden müssen, um repräsentative Ergebnisse zu erhalten. Außerdem können mit den so gewonnenen städtischen Emissionszahlen z.B. dem Stadtreferat, den Stadtwerken München oder der Bayerischen Staatsregierung Möglichkeiten zur Beurteilung der Effektivität der angewandten Klimaschutzmaßnahmen an die Hand gegeben werden. Das hier vorgestellte Messnetzwerk dient somit als Prototyp, um die grundlegenden Fragen zum Aufbau eines solchen Sensornetzwerks zu klären, damit objektive Aussagen zu städtischen Emissionen möglich werden. Dieses Projekt ist weltweit einmalig und wird zukunftsweisende Ergebnisse liefern.
Das Projekt "Untersuchungen des Tagesgangs verschiedener Spurengase mit Hilfe der solaren Absorptionsspektroskopie im infraroten Spektralbereich im tropischen Westpazifik (TROPAC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung für Erdfernerkundung (Fernerkundung der Atmosphäre) durchgeführt. Der Ozean im Westpazifik ist mit Temperaturen von ganzjährig 30°C der wärmste Ozean der Welt. Im tropischen Westpazifik ist die Lufttemperatur der Grenzschicht weltweit am höchsten und die Ozonkonzentration am niedrigsten. Aufgrund der allgemeinen Advektion der Luftmassen in der unteren und mittleren Troposphäre aus dem Osten durch die Walker-Zirkulation über den Pazifik befindet sich die Luft über dem tropischen Westpazifik für längere Zeit in einer sauberen, warmen und feuchten Umgebung. Der Abbau von reaktiven Sauerstoff- und Ozonvorläufern wie NOx findet daher länger als anderswo in den Tropen, was zu sehr niedrigen Ozonkonzentrationen führte. Dies erhöht die Lebensdauer von kurzlebigen biogenen und anthropogenen Spurengasen. Darüber hinaus begünstigen hohe Meeresoberflächentemperaturen eine starke Konvektion im tropischen Westpazifik, was zu niedrigen Ozonmischungsverhältnissen in den konvektiven Ausflussgebieten in der oberen Troposphäre führen kann. Der Warmpool im Westpazifik ist auch eine wichtige Quellregion für stratosphärische Luft. Daher fallen die Region, in der die Lebensdauer kurzlebiger Spurengase erhöht ist, und die Quellregion der stratosphärischen Luft zusammen. Somit bestimmt die Zusammensetzung der troposphärischen Atmosphäre in dieser Region in hohem Maße auch die globale stratosphärische Zusammensetzung.Ozon ist aufgrund von Rückkopplungsprozessen zwischen Temperatur, Dynamik und Ozon ein wichtiges Spurengas in der Klimaforschung. Da der Warmpool im Westpazifik die Hauptquellenregion für stratosphärische Luft ist, ist die Kenntnis von Ozon und anderen kurzlebigen Spurengasen auch wichtig, um den Transport von Spurengasen in die Stratosphäre zu verstehen.Ziel unseres Projektes ist die Messung des Tagesgangs von Ozon und anderen Spurengasen mit Hilfe der hochauflösenden solaren Absorptions-FTIR-Spektroskopie. Die Messungen liefern die Gesamtsäulendichten von bis zu 20 Spurengasen. Für einige Spurengase erlaubt die Analyse der Spektrallinienform die Ableitung der Konzentrationsprofile in bis zu etwa vier atmosphärischen Höhenschichten. Ergänzt werden die Beobachtungen durch Ozonballonsondierungen, kontinuierliche Messungen der UV-Strahlung, und Modellrechnungen mit einem Chemie-Transport-Modell. Die Messungen sind für den Zeitraum August bis Oktober 2022 geplant, die Auswertung und Interpretation von November 2022 bis Januar 2023.
Das Projekt "Mini-DOAS Messungen während der HALO Southtrac Mission im Herbst 2019" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Mit dem Antrag soll die Teilnahme des mini-DOAS Instrumentes an der Southtrac Kampagne im Herbst 2019, sowie die Auswertung, Interpretation und Veröffentlichung der dabei gemessenen Daten beantragt werden. Das mini-DOAS Instrument ist ein passives Fernerkundungsinstrument mit dem gleichzeitig in Nadir- und Limb-Richtung Himmelsstreulicht im UV/vis/NIR von Bord des Forschungsflugzeuges HALO gemessen und spektral analysiert wird. Mit den Messungen können mit Hilfe der Differentiellen Optischen Absorptions Spektroskopie (DOAS) die Konzentrationen wichtiger Spurenstoffe auf Flughöhe, sowie Vertikalprofile und vertikale Säulen bestimmt werden, wobei einige der gemessenen Spurenstoffe mit anderen Messmethoden nicht (BrO, OClO, IO, C2H2O2, und C3H4O2) oder nur schwer (NO2, HONO, und CH2O) nachweisbar sind. Die Messungen im Nadir und Limb erlauben auch alle 3 Phasen des atmosphärischen H2O (u.a. den Wasser- und Eiswasserpfad), Eigenschaften des atmosphärischen Strahlungstransportes (u.a. relative Radianzen, Photonenweglängen, ...), sowie einige mikrophysikalische Eigenschaften von Aerosole und Wolkenteilchen zu bestimmen. Mit den Messungen des mini-DOAS Instrumentes sollen im Rahmen der Southtrac Kampagne drei spezielle wissenschaftlichen Ziele verfolgt werden (CHEM-1_Q1, CHEM-1_Q2 und CHEM-2_Q1), die im Einklang mit dem Kampagnenantrag stehen. Insbesondere (a) komplettieren unsere hochgenauen Messungen von BrO (und IO) das Budget der ozonschädlichen Brom- und Iodverbindungen (CHEM-1_Q1), und (b) helfen die Messungen von BrO und OClO den Ozonverlust in der oberen Troposphäre unteren Stratosphäre einzugrenzen (CHEM-1_Q2). Weiterhin dienen (c) die Messungen von NO2, HONO, aber insbesondere auch von CH2O und C2H2O2 die Abluft aus der Biomassenverbrennung nachzuweisen (CHEM-2_Q1).
Das Projekt "Kann 'Patchiness' (fleckenhafte räumliche Verteilung) die Habitatvariabilität in planktischen Foraminiferen erklären?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Die Schalen planktischer Foraminiferen zeichnen die physikalischen und chemischen Bedingungen in den oberen Wasserschichten des Ozeans zum Zeitpunkt ihrer Kalzifikation auf. In den Schalen eingeschlossene Spurenelemente- und Isotopensignaturen können für die Rekonstruktion der Schlüsselparameter der Wasserschichten in der Vergangenheit verwendet werden. Um das volle Potenzial dieser Signale zu erschließen, muss die Position in der Wassersäule, in welcher die Kalzifikation der Schale stattfindet, genau bestimmt werden. Beobachtungen aus stratifizierten Planktonnetzen und geochemische Analysen von Schalen aus dem Sediment zeigten, dass die Lebend- und Kalzifikationstiefe sowohl zwischen verschieden Arten als auch innerhalb einer Art variiert. Die Faktoren, die diese Variabilität steuern sind schwer zu identifizieren und das Verständnis wird durch Hypothesen, welche Veränderungen der Habitattiefe während des Lebens im Rhythmus mit Tag/Nacht- und Fortpflanzungszyklen beinhalten verkompliziert. Alle diese Konzepte beruhen auf der Annahme, dass die Verteilung der untersuchten Spezies räumlich einheitlich ist. Falls eine fleckenhafte räumliche Verteilung (Patchiness) der Spezies zutrifft könnten viele der beobachteten Muster und die Habitatvariabilität durch unvorhersagbare räumliche Heterogenität erklärt werden. Wir schlagen vor, stratifizierte Planktonproben, die in einem einzigartigen und bisher nicht durchgefürten Probennahmedesign während der RV METEOR-Expedition M140 gesammelt wurden, für die Bestimmung der Existenz und des Ausmaßes der Patchiness in planktischen Foraminiferen zu verwenden. Durch die Kombination von Faunenzählungen mit automatisierter hochauflösender 3D-Bildsegmentation von replizierten Proben werden wir aufklären, wo in der Wassersäule Individuen verschiedener Größen innerhalb einzelner Arten leben und mittels der Analyse ihrer Isotopensignaturen, wie zeitweilig stabil diese Lebensräume sind. Diese Ergebnisse werden das Wissen über das Ausmaß der Populationsstruktur marinen Mikrozooplanktons signifikant verbessern. Dadurch wird sowohl eine realistischere Repräsentation ihres Habitats in Modellen und Proxies als auch die korrekte Interpretation von punktuellen Beobachtungsdaten für globale Kohlenstoffbudgetabschätzungen ermöglicht.
Das Projekt "Verbundvorhaben: TCCON-FTIR-Station Ascension Island, im Verbund mit Ny Alesund, Bremen, Karlsruhe, Garmisch, Izana und Paramaribo für die Validation von ESA-S5P: Bereitstellung atmosphärischer Säulengehalte von CO und CH4 sowie interpolierter CH4-Modellfelder" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Physik der Atmosphäre durchgeführt. An Bord des ESA-Satelliten Sentinel-5 Precursor (S5P) befindet sich das Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI), welches unter anderem die Säulenkonzentrationen der atmosphärischen Spurengase CH4, CO, HCHO und NO2 messen soll. Diese Beobachtungen müssen entsprechend dem S5P Scientific Validation Implementation Plan validiert werden. In diesem Projekt werden bodengestützte Messungen des säulengemittelten Stoffmengenanteils (column-averaged dry-air mole fraction) von CH4 und CO von Stationen des Total Carbon Column Observing Networks (TCCON) zur Verfügung gestellt. Die Stationen des NDACC-Netzwerks stellen Gesamtsäulenmessungen von HCHO (Formaldehyd) sowie höhenaufgelöste Stoffmengen-Profile von CO zur Verfügung. Sämtliche Messungen werden über die öffentlichen TCCON- und NDACC-Datenarchive anderen Gruppen zur Verfügung gestellt, die im Rahmen des S5P Scientific Validation Implementation Plans verschiedene Validierungsprojekte durchführen. Die vom Antragsteller betriebene TCCON-Station auf Ascension Island liefert derzeit die einzigen TCCON-Messungen in der äquatorialen Zone. Gleichzeitig ist sie die einzige Station, die kontinuierlich Luftmassen aus Subsahara-Afrika beobachtet. Diese sind je nach Jahreszeit stark mit CO und CH4 angereichert, das aus großflächigen Biomasse-Verbrennung sowohl von den südlichen als auch nördlichen Savannenregionen Afrikas stammt. Die Wetterlage erlaubt typischerweise 250-300 Messtage pro Jahr. Für die Kalibration und Validation der S5P-Beobachtungen liefert Ascension Island ideale Referenzmessungen für die TROPOMI CO- und CH4-Beobachtungen über dem südlichen Atlantik.
Das Projekt "TCCON-FTIR-Station Ascension Island, im Verbund mit Ny Ålesund, Bremen, Karlsruhe, Garmisch, Izaña und Paramaribo für die Validation von ESA-S5P: Bereitstellung atmosphärischer Säulengehalte von CO und CH4 sowie interpolierter CH4-Modellfelder" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Biogeochemie durchgeführt. An Bord des ESA-Satelliten Sentinel-5 Precursor (S5P) befindet sich das Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI), welches unter anderem die Säulenkonzentrationen der atmosphärischen Spurengase CH4, CO, HCHO und NO2 messen soll. Diese Beobachtungen müssen entsprechend dem S5P Scientific Validation Implementation Plan validiert werden. In diesem Projekt werden bodengestützte Messungen des säulengemittelten Stoffmengenanteils (column-averaged dry-air mole fraction) von CH4 und CO von Stationen des Total Carbon Column Observing Networks (TCCON) zur Verfügung gestellt. Die Stationen des NDACC-Netzwerks stellen Gesamtsäulenmessungen von HCHO (Formaldehyd) sowie höhenaufgelöste Stoffmengen-Profile von CO zur Verfügung. Sämtliche Messungen werden über die öffentlichen TCCON- und NDACC-Datenarchive anderen Gruppen zur Verfügung gestellt, die im Rahmen des S5P Scientific Validation Implementation Plans verschiedene Validierungsprojekte durchführen. Die vom Antragsteller betriebene TCCON-Station auf Ascension Island liefert derzeit die einzigen TCCON-Messungen in der äquatorialen Zone. Gleichzeitig ist sie die einzige Station, die kontinuierlich Luftmassen aus Subsahara-Afrika beobachtet. Diese sind je nach Jahreszeit stark mit CO und CH4 angereichert, das aus großflächigen Biomasse-Verbrennung sowohl von den südlichen als auch nördlichen Savannenregionen Afrikas stammt. Die Wetterlage erlaubt typischerweise 250-300 Messtage pro Jahr. Für die Kalibration und Validation der S5P-Beobachtungen liefert Ascension Island ideale Referenzmessungen für die TROPOMI CO- und CH4-Beobachtungen über dem südlichen Atlantik.
Das Projekt "Differential Optical Absorption Spektoscopy (DOAS) Observations from HALO" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Within the first stage of SPP-1294, the design and assembly of two novel DOAS (Differential Optical Absorption Spectrometry) instruments - briefly called HALO mini-DOAS and 2-D imaging DOAS (2-D I-DOAS) spectrometer- were funded for future deployments on the HALO aircraft. At present (late 2009) both instruments await final aircraft certification for participating in upcoming test missions and scientific missions. It is expected that testing of the instruments on HALO will be accomplished before the end of the still ongoing project (late 2010). The follow-on project will then be devoted to scientific applications i.e. to actually making use of the investment of developing and building the two instruments. The two optical spectrometers are design to monitor 1-D and/or 2-D spatial and temporal maps, vertical profiles, and/or column amounts of a suite of atmospheric trace gases (e.g., O3, NO2, CH2O, C2O2H2, BrO, OClO, IO, OIO, O4, O2, H2O) and cloud parameters (e.g., gaseous, liquid, and solid water contents, cloud optical thickness). Due to the wide range of important atmospheric parameters accessible for observation with the two instruments (of which some recent examples are given in the report below) either of the two instruments or both are invited to participate in the upcoming HALO test missions and scientific missions (e.g., TACTS, TACTS/SALSA, CIRRUS-ML, CIRRUS-RS, OMO, POLSTRACC, HALO-EO, EU-SHIVA, SHIVA/NOX-HOX-XOX, NARVAL, and ACRIDION). A full exploitation of the measured field data, e.g., to infer concentration profiles from the measured slant column amounts, however will require further evaluation steps. These steps will involve the interpretation of the spectroscopic measurements with sophisticated radiative transfer calculations in combination with mathematical inversion techniques, which are constraint by outputs of photochemical, microphysical, or dynamical modeling depending on the application.
Das Projekt "Ground-based remote sensing measurements of CO2 and CH4 using the moon as light source during the polar night" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Throughout the last years measurement techniques have been developed to measure total columns of atmospheric CO2 and CH4 with sufficient precision using the ground-based solar absorption remote sensing spectrometry in the near-infrared spectral region. These observations are internationally organized in the Total Column Carbon Observing Network (TCCON). These observations have been initiated for the satellite validation, because they sample the atmosphere in a similar way as satellites. However, the measurements itself have been found extremely valuable to investigate the sources and sinks of the trace gases, because the interpretation of the ground-based total column data depend to a less extent on assumptions on the vertical mixing in the atmosphere compared to surface in-situ data. We perform such observations at our site in the high Arctic on Spitsbergen (79°N). However, during the polar night from October until mid-March no observations can be performed, because the sun is below the horizon. Since the seasonal cycle of CO2 is largest in the high northern latitudes the lack of total column data for the winter period limits our understanding of the carbon budget. Within this project we plan to modify the measurement and analysis technique to measure the total columns of CO2 and CH4 in the near-infrared using the moon as light source during the polar night. This will allow us to perform observations on +-3 days around full moon, and thus, obtain data throughout the polar night for about three full moon periods. This allows measuring the complete seasonal cycle of total column measurements of CO2 and CH4 in the high Arctic, which is not known so far. Finally, the whole set of data will be compared to the existing in-situ surface data at that site and both data sets, in-situ and total column, will be compared with appropriate models.
Das Projekt "Sources and reaction pathways of soluble Fe from the Western Antarctic Peninsula to the Southern Ocean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. During two campaigns on King George Island (Antarctica) in 2012 and 2013, numerous sediment and pore water samples were collected in Potter Cove and Maxwell Bay. Especially Potter Cove is strongly affected by glacier retreat, which is assumed to affect the biogeochemical processes in the area. Based on pore water profiles the degradation of sedimentary organic matter in the sediments in proximity to the marine-terminating Fourcade Glacier was found to be dominated by dissimilatory iron reduction (DIR). In contrast, sulfate reduction was apparent at shallow sediment depths in those parts of Potter Cove, where surficial meltwater streams discharge. Sediments in proximity to the glacier fronts contain significantly higher amounts of easily reducible (amorphous) Fe oxyhydroxides than stations in the central part of the bay or in discharge areas of surficial meltwater streams. Stable iron isotopes are considered a proxy for Fe sources, but respective data are scarce and Fe-cycling in complex natural environments is not understood well enough yet to constrain respective delta56Fe 'endmembers' for different types of sediments and environmental conditions. In order to enhance the usability of iron isotopes as proxies for iron sources and reaction pathways, we developed a new method that allows to measure delta56Fe on sequentially extracted sedimentary Fe phases and applied the new protocol to sediment from King George Island. We suggest that easily reducible Fe in proximity to the glacier front is mostly delivered from subglacial sources, where iron liberation from comminuted material beneath the glacier is coupled to biogeochemical weathering processes (pyrite oxidation or DIR). Our strongest argument for a subglacial source of the highly reactive iron pool in sediments close to the glacier front is its overall negative delta56Fe signature that remains constant over the whole ferruginous zone. This pattern implies that the supply with easily reducible Fe exceeds the fraction that afterwards undergoes early diagenetic DIR by far. The light delta56Fe values of easily reducible Fe oxides imply pre-depositional microbial cycling as it occurs in potentially anoxic subglacial environments. Interestingly, the strongest 56Fe-depletion in pore water and of the most reactive Fe oxides was observed in sediments influenced by oxic meltwater discharge. In terms of the potential of delta56Fe as a proxy for benthic Fe fluxes, the study demonstrates limitations due to a large variability of pore water delta56Fe deriving from DIR in the marine sediments at small spatial distances. The controlling factors are multi-fold and include the availability of reducible Fe oxides and organic matter, the isotopic composition of the primary ferric substrate, sedimentation rates, and physical reworking (bioturbation, ice scraping). Whereas delta56Fe may prove a valuable parameter to further investigate biochemical weathering of glacier beds, a quantification of benthic Fe fluxes bas
Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zur Kühlung eines HTS-Leiters in einem rotierenden Kryostaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Physik durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Das Ziel dieses Vorhabens besteht darin, einen Teststand und kritische Komponenten und Konzepte zur Verwendung in hocheffizienten 2G-HTS-Generatoren zur Versorgung der öffentlichen Stromnetze zu erforschen, aufzubauen und zu nutzen. Die 'Enabling Technologies' für einen hochdrehenden HTS-Rotor werden erforscht, sowie experimentelle Untersuchungen und Prüfungen unter realistischen Bedingungen durchgeführt. Die Schwerpunkte liegen auf den innovativen Elementen Kühlung und thermische Isolation sowie Leiter und Spulen. Designkriterium ist Zuverlässigkeit bzgl. kryotechnischer, dynamischer und elektrischer Funktionalität. Dies soll letztlich durch den Funktionstest einer 2G-HTS-Spule im rotierenden Teststand demonstriert werden. 2. Arbeitsplanung: Aufbau eines Teststands zur Untersuchung der neuartigen Kühltechnik; Erprobung von Kryostaten inklusive thermischer Isolation und geeigneter Meßtechnik; Erstellung einer wissenschaftlichen Qualitätskontrolle für 2G-HTS und daraus hergestellte Verbundleiter (und a. Röbel-Kabel); Erforschung einer skalierbaren Fertigungstechnik bzgl. Hochstrom-Verbundleitern (insbesondere Röbel-Kabeln); Untersuchung von Wechselstrom-Verlusten und Design von Leitern und Wicklungen; Fertigung und Charakterisierung von 2G-HTS-Röbel-Komponenten, inkl. rotierender Betrieb und Test von ersten 2G-HTS-Spulen im Teststand.
