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Fire - climate feedback in the Earth System

Das Projekt "Fire - climate feedback in the Earth System" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Fires are an integral Earth System process, which is controlled by climate and at the same time impacts climate in multiple ways. As such fires form a feedback mechanism in the Earth System, which might amplify or dampen climate change. At present this feedback is not well understood nor is it represented in current generation Earth System models used to study climate change. The proposed research project aims to quantify the fire-climate feedback by incorporating the integral role of fires into an Earth System Model (ESM). Together with improved observational based process understanding the project will analyze how fires have developed throughout Earth history and how single fire driven processes contribute to the overall fire climate impact. A mechanistic terrestrial biosphere fire model will be implemented into the ESM and fire mediated climate relevant processes will be coupled between the different ESM compartments, including the atmosphere, ocean and cryosphere. This cross-disciplinary research project will foster the understanding of past climate change and will hopefully allow a better assessment of human induced future climate change by further constraining the climate sensitivity of the Earth system.

How is the evolution of stratospheric ozone affected by climate change, and how strong is the feedback? (SHARP-OFC)

Das Projekt "How is the evolution of stratospheric ozone affected by climate change, and how strong is the feedback? (SHARP-OFC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik durchgeführt. One major goal of this project is to analyse updated observational trace gas data together with stateof- the art models (CTMs and CCMs) in order to obtain a better understanding of the interaction between ozone and climate change and the underlying dynamical and chemical processes. The extended satellite, balloon and aircraft observations combined with improved model calculations (CTM and CCM) are used to further reduce the uncertainties in the bromine budget, in particular the contribution from VSLS (very short lived substances) and to further elucidate on the role of iodine in the stratosphere. Furthermore detailed studies on the long-term evolution (trends and variability) of observed stratospheric trace gases with foci on profiles of O3, NO2 and aerosols retrieved from SCIAMACHY are proposed. Future evolution of stratospheric ozone will be investigated using updated EMAC CCM model runs, some of them in combination with an interactive atmosphere-ocean feedback. In addition to issues on the climate feedback on future ozone, particular emphasis will be given to the increasing role of N2O and GHG emissions.

How is the stratosphere-troposphere coupling affected by climate change, and how strong is the climate feedback? (SHARP-STC)

Das Projekt "How is the stratosphere-troposphere coupling affected by climate change, and how strong is the climate feedback? (SHARP-STC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre, Abteilung Dynamik der mittleren Atmosphäre durchgeführt. The focus of this project is to determine the role of the interaction between the stratosphere and troposphere in a changing climate, in particular to assess the impact of a changing stratosphere on the troposphere- surface system. Observations and model studies have shown that the troposphere and stratosphere influence each other on different time scales, but the mechanisms responsible are not well understood. Questions that will be addressed also in Phase II of this project are if the importance of the coupling between the stratosphere and the troposphere will change in a changing climate and what the consequences will be for surface climate and weather. Transient simulations of the past and future as well as complementary sensitivity simulations with state-of-the-art Chemistry-Climate models (CCMs) will be performed and analysed to study how well current models are able to reproduce the observed coupling, to understand the responsible mechanisms, and to predict its future evolution. New aspects in Phase II are the extension of our studies to the effects of radiative and chemical coupling processes on the troposphere-surface system. The relevance of additional climate feedback processes associated with ocean coupling will be addressed by applying a CCM with an interactive ocean model. The role of the representation of stratospheric processes for stratosphere-troposphere coupling will be studied in simulations with an Earth System Model (ESM) with different spatial resolutions.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. 1 Vorhabensziel Hauptziel ist die Verbesserung des Ernte-Ertrags mit Beibehaltung von Qualität in Gerste unter Trockenstress. Dazu werden Iontrogressions-Linien zwischen wilde und moderne Gerste, sowie Genotypen aus der IPK Genbank benutzt. Genomics Analysen werden durchgeführt um ein eingehendes molekulares Verständnis über die Netzwerke zu gewinnen, die zur Sicherung des Ertrages unter Stressbedingungen beitragen 2 Arbeitsplanung Unsere Hauptaufgaben sind gezielte Metabolit- und Enzymaktivitäts-Bestimmungen in Züchtungs- und Introgressionslinien (Module 2), Metabolit- und Enzymaktivitäts-Bestimmungen in ausgewählten transgene Linien um ausgewählte Gen-Merkmal Beziehungen zu bestätigen (Module 5) und Unterstützung bei der bioinformatischen Auswertung der Ergebnisse bezüglich die co-Lokalisierung von Enzym- und Metabolit-QTLs (Module 3) 3. Ergebnisverwertung Verschiedene Wege zur Auswertung werden verfolgt: Patentierung, Lizenzierung von Genen / molekulare Markers. Die Ergebnisse können auch direkt durch den industriellen Partner genutzt werden.

International Surface Ocean - Lower Atmosphere Study (SOLAS)

Das Projekt "International Surface Ocean - Lower Atmosphere Study (SOLAS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie, Forschungseinheit Chemische Ozeanographie durchgeführt. Since 2004, the International Surface Ocean - Lower Atmosphere Study (SOLAS) project is an international research initiative aiming to understand the key biogeochemical-physical interactions and feedbacks between the ocean and atmosphere. Achievement of this goal is important to understand and quantify the role that ocean-atmosphere interactions play in the regulation of climate and global change. SOLAS celebrated its 10 year anniversary in 2014. In the first decade, the SOLAS community has accomplished a great deal towards the goals of the original Science Plan & Implementation Strategy and Mid-term Strategy (Law et al. 2013) as highlighted by the open access synthesis book on 'Ocean Atmosphere Interactions of Gases and Particles' edited by Liss and Johnson and the synthesis article in Anthropocene from Brévière et al. 2015. However there are still major challenges ahead that require coordinated research by ocean and atmospheric scientists. With this in mind, in 2013, SOLAS has started an effort to define research themes of importance for SOLAS research over the next decade. These themes form the basis of a new science plan for the next phase of SOLAS 2015-2025. SOLAS being a bottom-up organisation, a process in which community consultation play a central role was adopted. After two sets of reviews by our four sponsors (SCOR, Future Earth, WCRP and iCACGP), the SOLAS 2015-2025 Science Plan and Organisation (SPO) was officially approved.

Coupling of airborne and in situ ground based measurements of surface albedo, BRDF and snow properties in Antarctica to improve prognostic snow models

Das Projekt "Coupling of airborne and in situ ground based measurements of surface albedo, BRDF and snow properties in Antarctica to improve prognostic snow models" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. We propose to investigate the temporal and spatial variability of surface albedo, bidirectional reflectivity BRDF and snow properties in Antarctica. The overall goal of the project is to improve prognostic snow models and parameterizations of snow albedo used in regional and global climate models. The parameterizations will be formulated in dependence on snow grain size, snow surface roughness and atmospheric parameters. To achieve this goal we will couple ground based in situ (temporal variability) and airborne remote sensing measurements (spatial variability). Airborne data will include spectral surface albedo, BRDF, surface roughness and snow grain size. Corresponding remote sensing retrieval algorithms will be improved and developed in the project. The same quantities will be measured in situ on the Antarctic plateau by ground based instruments installed at Kohnen Station. The ground based measurements covering the temporal variability of snow and atmospheric properties will allow validating and improving prognostic snow models coupled to a radiative transfer code. By implementing measurement data in the models and comparing simulated and measured snow albedo and by sensitivity studies, snow albedo parameterizations for use in radiative transfer and climate models will be validated and improved. This will reduce uncertainties in predicting future climate change in Antartica.

Meereis und stratosphärisches Ozon - Wechselwirkungen und Klimarelevanz in Arktis und Antarktis

Das Projekt "Meereis und stratosphärisches Ozon - Wechselwirkungen und Klimarelevanz in Arktis und Antarktis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Arctic sea-ice has dramatically decreased in the recent past. Estimates from satellite measurements find a negative trend of about -10% per decade since 1979, with a record Arctic sea-ice reduction by 38% below climatology in 2007. In contrast, Antarctic sea-ice was found to have increased by 0.9 +- 0.2% per decade for the years 1978-2006. While the Arctic sea-ice retreat has been associated with the warming of the troposphere caused by increasing concentrations in greenhouse gas concentra-tions (GHGs), the chemical ozone depletion in the polar stratosphere and its effects on tropospheric circulation have been suggested as the driving mechanism to explain the observed Antarctic changes. With further increasing GHGs and an expected recovery of polar ozone at the end of the 21st In this project, we want to assess the relative roles of sea-ice and stratospheric ozone for polar surface climate, now and in the future, by applying a new atmosphere-ocean chemistry-climate model (AO-CCM). By including interactive chemistry and ocean/sea-ice modules, the AO-CCM allows us for the first time to account for feedback processes between stratospheric composition changes, the ocean - sea-ice system and climate. We will study a) the effects of stratospheric ozone changes in the past and future on sea-ice and polar climate and b) the effects of climate change induced sea-ice changes on the troposphere and stratosphere, specifically on stratospheric ozone. Special attention will be paid to differences in the Arctic and Antarctic.

Transport und Zusammensetzung der UTLS der Südhemisphäre (SOUTHTRAC)

Das Projekt "Transport und Zusammensetzung der UTLS der Südhemisphäre (SOUTHTRAC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Änderungen der Verteilung von Spurengasen wie Wasserdampf und Ozon in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) beeinflussen den Strahlungsantrieb und das Klima sowie die Oberflächentemperaturen und haben eine Schlüsselbedeutung für das Verständnis des Klimawandels. Auf Grund der hohen Sensitivität des atmosphärischen Strahlungsantriebs gegenüber Änderungen der Konzentrationen dieser Substanzen gerade in der kalten Tropopausenregion haben kleine Änderungen z.B. des Wasserdampfgehaltes der unteren Stratosphäre eine große Wirkung auf die Variabilität der Oberflächentemperatur. Überdies sind Prognosen des zukünftigen Wasserdampf- und Ozongehaltes des UTLS nach wie vor mit großen Unsicherheiten behaftet, was exakte Vorhersagen des Strahlungsantriebs vor dem Hintergrund des wieder zunehmenden stratosphärischen Ozons und der damit verbundenen Prozesse erschwert. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Klima-Chemie-Modelle sogar unterschiedliche Vorzeichen des Strahlungsantriebes durch die Ozonzunahme zeigen, da gerade im Bereich der Tropopause große Unsicherheiten bezüglich der simulierten Zusammensetzung, insbesondere des Ozons und Wasserdampfs auftreten. Aufgrund des unterschiedlichen Wellenantriebs in beiden Hemisphären und auch aufgrund des stark unterschiedlichen Polarwirbel, werden große Unterschiede des Transports und der Zusammensetzung zwischen der UTLS der Nord- und der Südhemisphäre erwartet. Trotz der Bedeutung der globalen UTLS wurden bisher kaum Studien zu Transportprozessen und Zusammensetzung sowie der Dynamik der südlichen UTLS durchgeführt. Frühere Kampagnen hatten die antarktische Ozonzerstörung und Vortexprozesse oder die Tropen oder die troposphärische Zusammensetzung zum Ziel. Außerdem beeinflusst die Südhemisphäre im Winter die globale stratosphärische Zirkulation, da die Anden dann ein globales Maximum der Schwerewellenaktivität bilden. Die Ausbreitung dieser Wellen und ihr Einfluss auf die Zirkulation sind noch nicht vollständig verstanden. Deshalb schlagen wir eine HALO Kampagne vor um die UTLS der Südhemisphäre zu untersuchen. Spezifische Aspekte, die hierbei im Fokus stehen, sind: (1) Austauschprozesse an der südhemisphärischen Tropopause (2) Schwerewellen in der Südhemisphäre (3) Einfluss von Biomassenverbrennung auf die südhemisphärische UTLS (4) Einfluss des antarktischen Polarwirbels auf die UTLS

FASTOF: Fully automated in-situ GC-TOF Observation of atmospheric trace gases

Das Projekt "FASTOF: Fully automated in-situ GC-TOF Observation of atmospheric trace gases" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Halocarbon compounds play an essential role in atmospheric chemistry, in the depletion ofstratospheric ozone and in radiative forcing of the atmosphere. They are most commonlymeasured by gas chromatography coupled to quadrupole mass spectrometry. We propose todevelop a novel measurement system, in which the quadrupole mass spectrometer is replacedby a much more powerful time-of-flight mass spectrometer, which has recently becomeavailable in a form which is suited for field deployment. The main advantage of this newlyavailable mass spectrometer is that it achieves the sensitivity of a quadrupole massspectrometer which is tuned to a single mass, but in the same time provides information on allmasses (full scan mode). We suggest to fully automate this instrument in order to be able todeploy it at remote field sites. First atmospheric observations will already be possible at anearly stage of the instrument development, while fully automated measurement capability willbe available after the second project year.We suggest three scientific areas for the first measurements with this instrument, focussing onhalogenated hydrocarbons in the atmosphere: (i) measure brominated and iodinatedhalocarbons which may impact stratospheric ozone in their source region, the marineboundary layer, (ii) use the scanning capability of the instrument to search for new, so farunidentified halocarbons in the atmosphere and (iii) measure hydrofluorocarbons, which couldbecome much more important greenhouse gases in the future and use the scanning capabilitiesof the TOF mass spectrometer in order to create an air archive allowing to quantify so farunidentified species, even at a later stage. With the work proposed here we would like to establish the GC-TOF technique foratmospheric trace gas measurements, which will provide much more detailed information inthe future. Many further applications of this instrument in national and international projectsare foreseeable, e.g. for studies of non-CO2 greenhouse gases and ozone depleting chemicals,their atmospheric trends, sinks and sources, distributions, variabilities and their impact onchemistry and climate of the atmosphere.

Understanding the Water-Energy-Food Nexus and its Implications for Governance

Das Projekt "Understanding the Water-Energy-Food Nexus and its Implications for Governance" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Osnabrück, Institut für Umweltsystemforschung durchgeführt. Das Sustainable Water Future Programm (SWFP - Nachfolgeprogramm des Global Water System Project - GWSP) plant, als ein Kernprojekt von Future Earth, eine Nachwuchsakademie für junge WissenschaftlerInnen mit dem Titel 'Understanding the Water - Energy - Food (WEF) Nexus and its Implications for Governance' in Kooperation mit den Universitäten Osnabrück und Trier. Ziel der Nachwuchsakademie ist es, die nächste Generation von WissenschaftlerInnen darin fortzubilden, Lösungen für komplexe Nexus -Themen in einem interdisziplinären Kontext zu erforschen. Eine fundierte wissenschaftliche Basis ist essentiell, um EntscheidungsträgerInnen bei der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen im Nexus von Wasser, Energie und Nahrung zu unterstützen. Die Nachwuchsakademie fördert die Entwicklung von konzeptionellen Modellen und integrierten Werkzeugen, die den Fluss der Ressourcen über sektorale Grenzen hinweg erklären. Sie unterstützt den Aufbau einer soliden, empirischen Wissensbasis, vergleichende Fallstudienanalysen und die Entwicklung innovativer Governance-Ansätze. In Zusammenarbeit mit erfahrenen Experten werden die NachwuchswissenschaftlerInnen einen eigenen DFG Antrag für ein Forschungsprojekt in einem der folgenden vier Themenbereiche vorbereiten:1. Quantifizierung von Ressourcenflüssen im Nexus2. Governance und Management des Nexus3. Innovationen im Nexus4. Science-Policy Interface im Nexus.

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