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DLR: Messungen des Transfers der solaren UV-Strahlung durch die Atmosphaere in der hohen Arktis

Das Projekt "DLR: Messungen des Transfers der solaren UV-Strahlung durch die Atmosphaere in der hohen Arktis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. (AWI) durchgeführt.

Cloud-scale Uncertainties - B4: Radiative heating and cooling at cloud scale and its impact on dynamics

Das Projekt "Cloud-scale Uncertainties - B4: Radiative heating and cooling at cloud scale and its impact on dynamics" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maxililians-Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Experimentelle Meteorologie durchgeführt. Clouds are important sources and sinks of diabatic heat, not only in terms of latent heat release but also with respect to absorption of solar radiation as well as absorption and emission of thermal radiation. Additionally, cloud shadows on the ground modify surface heating and thus sensible and latent heat fluxes. Although it has been demonstrated that cloud top cooling may reach values of several 100 K/day and that this may have a strong impact on cloud microphysics and local cloud evolution, it has not been demonstrated that there is actually an effect on weather, larger scale dynamics, and on atmospheric flow. This is even more true for radiative cooling from cloud sides which has been shown to reach values comparable to cloud top cooling but is completely neglected by any (one-dimensional) radiation scheme in current NWP or climate models. Radiation firstly affects the growth of cloud droplets, increasing (in case of thermal cooling) or decreasing (in case of solar heating) the rate by which they dissipate the energy released by latent heat. Secondly, the surrounding air is cooled or heated which directly feeds back on dynamics. The aim of the project is to study the question if realistic, three-dimensional radiative heating rates have an impact on cloud formation, and if there is an impact on atmospheric flow beyond cloud scale. To answer these questions, a reasonably fast but accurate representation of radiative heating rates in clouds will be developed for a cloud scale (EULAG) and an NWP model (COSMO). The project builds upon our previous work on three-dimensional heating and cooling rates and on development of reasonably fast approximations. A parameterization of heating rates depends strongly on the scale. For a cloud-resolving model like EULAG with a 100 m grid size and smaller, different approaches are needed compared to a numerical weather forecast model like COSMO: A cloud-resolving model allows properly resolving the radiation processes, but three-dimensional radiation transport requires interaction between many grid columns in the calculation which is a challenge for parallelization. The resolution of COSMO, on the other hand, requires parameterization of un-resolved cloud edge effects and sub-pixel cloudiness, but would need less interaction between individual grid columns. As a first step, we will study the impact of radiative heating and cooling in clouds on local circulation at cloud scale. For that purpose, an accurate yet fast approximation for 3D solar and thermal heating and cooling rates will be developed for the EULAG model in order to systematically study effects for a set of cloud-resolving simulations. (abridged text)

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vaillant GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines kollektorintegrierten Sorptionsmoduls, das als solches ein System zur solaren Kühlung und/ oder Heizungsunterstützung darstellt. Die Innovation des Projektes besteht technisch in der direkten Integration des Sorptionsmoduls in den Kollektor. Die Praxistauglichkeit des Sorptions-Kollektors soll in einem Demonstrationsvorhaben gezeigt werden. Das Vorhaben wird als Verbundprojekt der Partner Fraunhofer-ISE und der Vaillant GmbH durchgeführt, Fraunhofer ISE ist der Verbundprojektkoordinator. Im Arbeitspaket 1 (AP1) ist die Entwicklung und Fertigung des Sorptions-Kollektors unter Berücksichtigung fertigungstechnischer und systemtechnischer Anforderungen vorgesehen. Die Entwicklung geeigneter Systemkonzepte unter Berücksichtigung der Kollektoreigenschaften sowie Markt- und Nutzerstrukturen ist die zentrale Aufgabe des AP 2. Im AP3 werden Simulationsstudien zur Bewertung der Kollektorkomponente und unterschiedlicher Systemkonzepte durchgeführt. Das AP4 dient der Charakterisierung des Betriebsverhaltens der Sorptionsmodule und der Sorptions-Kollektoren. Die Auslegung und Umsetzung eines geeigneten Systemdesigns wird in AP5 erarbeitet, umgesetzt und durch Anlagenmonitoring charakterisiert und bewertet. Im AP6 wird die Arbeit in der geplanten IEA-SHC Task 'Quality assurance measures for solar thermally driven heating and cooling systems' zusammengefasst. Das AP7 dient der Projektkoordination.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines kollektorintegrierten Sorptionsmoduls, das als solches ein System zur solaren Kühlung und/ oder Heizungsunterstützung darstellt. Die Innovation des Projektes besteht technisch in der direkten Integration des Sorptionsmoduls in den Kollektor. Die Praxistauglichkeit des Sorptions-Kollektors soll in einem Demonstrationsvorhaben gezeigt werden. Des weiteren ist die Mitarbeit in der geplanten IEA-SHC Task 'Quality assurance measures for solar thermally driven heating and cooling systems' geplant. Im Arbeitspaket 1 (AP1) ist die Entwicklung und Fertigung des Sorptions-Kollektors unter Berücksichtigung fertigungstechnischer und systemtechnischer Anforderungen vorgesehen. Die Entwicklung geeigneter Systemkonzepte unter Berücksichtigung der Kollektoreigenschaften sowie Markt- und Nutzerstrukturen ist die zentrale Aufgabe des AP 2. Im AP3 werden Simulationsstudien zur Bewertung der Kollektorkomponente und unterschiedlicher Systemkonzepte durchgeführt. Das AP4 dient der Charakterisierung des Betriebsverhaltens der Sorptionsmodule und der Sorptions-Kollektoren. Die Auslegung und Umsetzung eines geeigneten Systemdesigns wird in AP5 erarbeitet, umgesetzt und durch Anlagenmonitoring charakterisiert und bewertet. Im AP6 wird die Arbeit in der geplanten IEA-SHC Task 'Quality assurance measures for solar thermally driven heating and cooling systems' zusammengefasst. Das AP7 dient der Projektkoordination.

Vorhaben: UV-B-spezifische Reaktionen des marinen Planktons (I)

Das Projekt "Vorhaben: UV-B-spezifische Reaktionen des marinen Planktons (I)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Greifswald, Institut für Ökologie durchgeführt. Zur Absicherung und Extrapolation der im UV-Maor Verbund gewonnenen Ergebnisse muessen einige offene Fragen geklaert werden. So ist z.B. die Attenuation von UV-B in kuestennahen, gelbstoffreichen Wasserkoerpern aeusserst komplex, so dass vor allem fuer die zoologisch orientierten Gruppen die Standortbedingungen bisher nur in unzureichender Form bekannt sind. Einen weiteren Problemkreis stellen Stoerungen pelagischer Kopplungen dar, wie sie z.B. bei unterschiedlichen Vermeidungsreaktionen des Phyto- und Zooplanktons auftreten koennen. Als Folge wuerden synergistische Effekte zwischen Phytoplankton und Zooplankton zu erwarten sein. Exemplarisch fuer die Nord- und Ostsee soll daher durch die beiden Planktonteilprojekte gemeinsam geklaert werden, inwieweit es zu einer UV-B induzierten Veraenderung des Vertikalwanderungsverhaltens bzw. der Abundanzen ausgewaehlter Zoo- und Phytoplanktonspezies kommt und inwieweit hier gegenseitig Beeinflussungen auftreten. Begleitende Untersuchungen betreffen die UV-B-Penetration im Bereich des Wattenmeers, die Charakterisierung der UV-B-Wahrnehmung in spektral aufgeloester Form und, im Fall pelagischer Fischeier, die Rolle interner Schutzmechanismen.

Vorhaben: UV-B-spezifische Reaktionen des marinen Planktons (II)

Das Projekt "Vorhaben: UV-B-spezifische Reaktionen des marinen Planktons (II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Zoophysiologie durchgeführt. Zur Absicherung und Extrapolation der im UV-Maor Verbund gewonnenen Ergebnisse muessen einige offene Fragen geklaert werden. So ist z.B. die Attenuation von UV-B in kuestennahen, gelbstoffreichen Wasserkoerpern aeusserst komplex, so dass vor allem fuer die zoologisch orientierten Gruppen die Standortbedingungen bisher nur in unzureichender Form bekannt sind. Einen weiteren Problemkreis stellen Stoerungen pelagischer Kopplungen dar, wie sie z.B. bei unterschiedlichen Vermeidungsreaktionen des Phyto- und Zooplanktons auftreten koennen. Als Folge wuerden synergistische Effekte zwischen Phytoplankton und Zooplankton zu erwarten sein. Exemplarisch fuer die Nord- und Ostsee soll daher durch die beiden Plankton-Teilprojekte gemeinsam geklaert werden, inwieweit es zu einer UV-B induzierten Veraenderung des Vertikalwanderungsverhaltens bzw. der Abundanzen ausgewaehlter Zoo- und Phytoplanktionspezies kommt und inwieweit hier gegenseitige Beeinflussungen auftreten. Begleitende Untersuchungen betreffen die UV-B-Penetration im Bereich des Wattenmeeres, die Charakterisierung der UV-B Wahrnehmung in spektral aufgeloester Form und im Fall pelagischer Fischeier, die Rolle interner Schutzmechanismen.

Die Rolle von UV-B-Strahlung in aquatischen und terrestrischen Oekosystemen: eine experimentelle und funktionale Analyse der Evolution von Schutzmechanismen bei Pflanzen

Das Projekt "Die Rolle von UV-B-Strahlung in aquatischen und terrestrischen Oekosystemen: eine experimentelle und funktionale Analyse der Evolution von Schutzmechanismen bei Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Botanik und Pharmazeutische Biologie durchgeführt. General Information: It is expected that enhanced solar UV-B radiation on earth will remain however for at least another 50 years. Since increasing short-wavelength solar ultraviolet-B radiation (280-320 nm) is potentially damaging to all living organism UV- B research has focused on human health and on UV-B damage in plant and animals. UV-B radiation may damage DNA and one of the major lesions are thymine dimers, which inactivate DNA, if not repaired. At a sufficiently high PAR-UV-A/UV-B ratio an enzyme, DNA photolyase cleaves the thymine dimers and restores the original DNA strand. In plants, exposed to (enhanced) solar UV-B radiation UV-B absorbing compounds are induced. These UV-B absorbing compounds act as UV-B screens and recuce levels of UV-B in plant tissue and cells, and may thus prevent dimer formation. There is evidence that in previous times UV-B on earth has been much higher than at present. Along with changes in the composition of the atmosphere and stratosphere, evolution of plant and animal life took place. In the early, primeval atmosphere, lacking stratospheric ozone and high fluxes of UV- radiation on the earth surface, life was restricted to aquatic ecosystems, where the filtering of UV-B by the water column prevented UV-damage to living organisms. In the evolution of terrestrial plant life from marine and fresh water plant life, evolution of UV-B absorbing ((poly)phenolic) compounds is assumed, acting among other functions as UV screens. From lower to higher plants there seems to be an increasing degree of complexity of UV-B absorbing (phenolic) compounds. It remains uncertain whether an early, developing stratospheric ozone shield allowed aquatic plants to emerge and evolve to terrestrial habitats, or that the evolution of UV-screens (consisting of UV-B absorbing (phenolic) compounds) in aquatic and land plants made evolution of plant life on earth further possible. The General objective of UVAQTER is: To analyse, characterize and compare the functioning of UV-B screens in plants from marine, fresh water and terrestrial ecosystems, following the evolutionary line of algae, charophycean algae, lichens, mosses and higher plants, including amphibious macrophytes. Specific objectives 1. To compare the growth and physiological responses to reduced and enhanced levels (compared to ambient solar UV-B levels). Enhanced levels of solar UV-B include at least levels which simulate a 15 per cent stratospheric ozone depletion secenario. Do the water and land form of amphibious plant species differ in their adaptation to enhanced UV-B in other words how wide can the range be in adaptation to UV-B within species? 2. To compare the induction of UV-B absorbing compounds in all plants group. 3. To chemically characterize and localize the UV-B absorbing compounds in plant groups from marine, ... Prime Contractor: Vrije Universiteit Amsterdam, Faculteit der Biologie Vakgroep Ecologie en Oecotoxicologie; Amsterdam; Netherlands.

Dreidimensionale Modellierung des Einflusses von Wolken auf die UV-B-Strahlung

Das Projekt "Dreidimensionale Modellierung des Einflusses von Wolken auf die UV-B-Strahlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre Oberpfaffenhofen durchgeführt. Mit diesem Vorhaben sollen neue Erkenntnisse ueber den Einfluss von Wolken auf die bodennahe UV-B Strahlung gewonnen werden. Gegenstand der Untersuchungen sind insbesondere die Strahlungswechselwirkungsprozesse, die durch die dreidimensionale Struktur der Wolken hervorgerufen werden. Hierzu sollen sowohl numerische Sensitivitaetsstudien als auch in Kooperation mit Experimentatoren, Vergleiche von Modellergebnissen, mit gemessenen UV-B Spektren, unter Beruecksichtigung des aktuellen Wolken- und Atmosphaerenstands, durchgefuehrt werden. Fuer die Computersimulationen wird ein erstmalig auf den UV-B Spektralbereich abgestimmte dreidimensionale Strahlungstransportmodell benutzt. Es erlaubt in Erweiterung zu den bisher im UV-B eingesetzten eindimensionalen Modellen die Nachbildung dreidimensionaler Wolkenstrukturen.

Vorhaben: Bestimmung der Schneealbedo mit Hilfe der Fernerkundung

Das Projekt "Vorhaben: Bestimmung der Schneealbedo mit Hilfe der Fernerkundung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung Ozeanographie durchgeführt. Ziele: Übergreifendes Ziel dieses Verbundes ist es, den Strahlungsantrieb in der Arktis, verursacht durch kurzlebige Schadstoffe, genauer zu untersuchen, um die Wissensbasis für eine nachhaltige Klimapolitik zu verbessern. Ziel der Arbeiten eines Teilprojektes (DLR) ist es, nach Auswertung von Fernerkundungsdaten ein Berechnungsverfahren der Schneealbedo, des Rußgehaltes im Schnee und der Schneekerngröße zu entwickeln und zu validieren. Durch die Ablagerung von Ruß auf Schnee- und Eisoberflächen wird Licht absorbiert und das Abschmelzen beschleunigt. Dies kann sich erheblich auf die globale Erwärmung auswirken. Ein weiteres Teilprojekt (Uni Bremen) befasst sich mit der Analyse von Messungen, die mit Forschungsflugzeugen des DLR und des AWI in den vergangenen Jahren in Arktis und Antarktis durchgeführt wurden. Die Analysen zielen darauf ab, Quellen, Transportwege und Vertikalverteilung der mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln in den Polarregionen möglichst vollständig zu charakterisieren.

Eignung von 'Vogelschutz-Glas' für transparente Lärmschutzwände

Das Projekt "Eignung von 'Vogelschutz-Glas' für transparente Lärmschutzwände" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Ornithologie, Vogelwarte Radolfzell durchgeführt. Mittels einer simulierten transparenten Lärmschutzwand, bestehend aus herkömmlichem Floatglas und Ornilux®-Glas (Glaswerke Arnold, Merkendorf), wurde überprüft, ob die spezielle, UV-reflektierende und UV-absorbierende Musterung von Ornilux® geeignet ist, Vogelschlag an transparenten Lärmschutzwänden entlang von Verkehrswegen wirkungsvoll zu reduzieren. Dazu wurde eine 4,80 m breite und 2 m hohe Testwand in einem künstlich attraktiv gemachten Flugweg zwischen einer Futterstelle und deckungsbietendem Habitat errichtet. Die Anflugereignisse wurden von einem getarnten Ansitz aus ca. 25 m Entfernung erfasst. Dabei wurde zwischen rechtzeitigem Ausweichen (Hinderniswahrnehmung) und potenziellen Kollisionen (verhindert durch vorgespannte Vogelfangnetze) unterschieden. In zwei unabhängigen Beobachtungsreihen führten 89,6Prozent bzw. 85,2Prozent der Anflüge bei direkter Sonneneinstrahlung auf die Ornilux®-Testwand zu Ausweichmanövern. Damit lag die Hinderniserkennung sogar über einem experimentell ermittelten Wert (Untersuchungen im Flugtunnel) von 76Prozent. Bei stark bedecktem Himmel sank der Wert für die Hinderniserkennung etwa auf den experimentell ermittelten Wert (s. Abschnitt 5). Überraschend war auch die Reaktion der Vögel bei Anflügen auf das herkömmliche Kontrollglas mit etwa 49Prozent bzw. 40Prozent Ausweichmanövern bei Sonnenlichteinfall und etwa 36Prozent bei starker Bewölkung. Dies deutet an, dass offenbar nicht jeder Anflug auf transparente Glaswände zu einer Kollision führen muss (s. Abschnitt 5). Nach den Ergebnissen der vorliegenden Feldstudie erscheint das neuartige Vogelschutz-Glas Ornilux® grundsätzlich geeignet, Vogelschlag an Lärmschutzwänden wirkungsvoll zu reduzieren. Aufgrund der bislang nicht belegten gleich hohen beidseitigen Wirksamkeit von Ornilux® kann der uneingeschränkte Einsatz (außer an Gebäuden) im Freiland noch nicht generell empfohlen werden. Dennoch sind Einsatzmöglichkeiten schon jetzt gegeben (s. Abschnitt 6). Varianten dieses Prototyps mit vermuteter beidseitig hoher Effizienz sind nach Aussage des Herstellers bereits in Produktion. Eine Überprüfung im Standardexperiment (Flugtunnel) ist sodann an der Vogelwarte Radolfzell vorgesehen. Eine etwa gleich hohe beidseitige Effizienz würde die Verwendungsmöglichkeit von Ornilux® beträchtlich erweitern. Um eine möglichst hohe Wirksamkeit zu erreichen, sollte insbesondere ein möglicher Einfluss der umgebenden Vegetation am geplanten Einsatzort untersucht werden (s. Abschnitt 6). In Fortführung der vorliegenden Feldstudie wird zudem der Einsatz von Ornilux® zusammen mit herkömmlich markierten transparenten Glasprodukten an verschiedenen Standorten und Landschaftstypen vorgeschlagen (s. Abschnitt 6).

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