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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Forschung zur Physik der Atmosphäre - Rückblick und Ausblick
1. Warum Forschung zur Physik der Atmosphäre?
2. Wie ist die Forschung im Institut organisiert?
3. Was sind die wichtigsten Themen? - Einige Ergebnisse, offene Fragen und Zukunft
4. Welche Drittmittel stehen zur Verfügung?
Herzlich Willkommen zur Einweihung von Seminarraum und Foyer!
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Warum Forschung zur Physik der Atmosphäre?
•Physik und Chemie der Troposphäre und Stratosphäre sind interessant, komplex und wichtig!•Luftfahrt hängt vom Wetter ab und beeinflußt Atmosphäre! •Raumfahrt und Fernerkundung sind Hilfsmittel für Meteorologie und Klimaforschung!•Industrie, Politik und Gesellschaft brauchen Informationen über Wetter, Klima, Umwelt und globalen Wandel!
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Beispiel für Fragestellung: Abweichung der Lufttemperatur in Deutschland vom Mittel 1961-1990, warum und welche Konsequenz?
Balken: Jahreswerte, durchgezogene Linie: 20-jähriges Mittel, farbige Flächen: 2 -Bereich. Quelle: J. Rapp, Deutscher Wetterdienst, Klimastatusbericht 1998.
Natürlich oder anthro-pogen?Zukunft?Auswir-kungen?
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Beispiel für Komplexität: Strahlungsantrieb infolge von Störungen des Klimasystems
Quelle: IPCC (1996) und „Schadstoffe in der Luftfahrt, 1997“
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Nutzbare Raumfahrtsysteme von NOAA, NASA, EUMETSAT, ESANOAA: AVHRR, TOVS
DMSP (OTD, SSM/I) NASA: TOMS, SAGE, HALOEEUMETSAT:
METEOSAT bis 2003 MSG: ab 2001METOP: ab 2003
ESA:ERS-2 (GOME)ENVISAT: 2001-2005
ESA-Explorer Missions (1. GOCE, 2. ADM;
ERM, LSM) ESA-Opportunity Missions
(GeoSCIA?)
Institut, mit DFD, OE/MF, HF:Wissenschaftliche Nutzung Algorithmen (APOLLO, Wolkenklimatologie, UV-B, Kondensstreifen, Radar, Lidar, Strahlungstransport, u.a.)Beitrag zur Atmosphären- Dynamik Mission (ADM)Daten-ValidierungVertretung der Nutzerinteressen
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Wie ist die Forschung organisiert?Abteilung Fachgebiet Instrumente
Dynamik derAtmosphäre(Priv. Doz. Dr. R. Sausen)22 Mitarbeiter
Globales Klima und ChemieMesoskalige DynamikRegionales Klima, LärmDatenverarbeitung im Institut
Globales KlimamodellECHAM/CHEM,Mesoskalige Modelle,Lärmausbreitungsmodell, DV
AtmosphärischeSpurenstoffe(Dr. H. Schlager)16 M.
Spurengase und AerosoleMeßtechnik: O3, NOx, NOy,CO2, T, Wind, H2O, Ruß,Partikel, Modellierung
Falcon u. a. Meßflugzeuge,In-situ-Meßmethoden,Aerosol- und Chemiemodelle,Labor- und Kalibriersysteme
Fernerkundung derAtmosphäre(Dr. P. Wendling)13 M.
StrahlungstransportFernerkundung mit SatellitenZirren und KondensstreifenUltraviolette Strahlung (UV-B)
Strahlungstransport-Codes,Algorithmen zu Satelliten-daten, APOLLO zur Analysevon Wolkenparam. und UV-B
Wolkenphysik undVerkehrsmeteorologie(Dr. P. Meischner)20 M.
Dynamik, Mikrophysik,Radarmethoden, VereisungTurbulenz, WirbelschleppeMesoskalige Analysen
Doppler-Polarisations-RadarPOLDIRAD, Meßflugzeuge,Wolkenmodelle, Large-Eddy-Simulationen, Diagnostik
LIDAR(Dr. G. Ehret)26 M.
Flugtaugliche Lidarmethodenzur Wind- undSpurenstoffmessung
Doppler-Systeme (Wind)Direkte Systeme (Aerosole, O3,H2O), Optische Oszillatoren
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Was sind die wichtigsten Forschungsthemen?
In den DLR-Programmen zu Raumfahrt (R), Luftfahrt (L) und Verkehr (V):
1) R: Ozon und Wasserdampf in der Stratosphäre
2) L: Spurenstoffe in Troposphäre und unterer Stratosphäre
3) R+L: Partikel-Zirren-Wechselwirkung 4) R: Regionale Meteorologie und
Klimaänderungen 5) R: Lidarmethoden6) L Wirbelschleppe (Projekt)7) L: Lärm8) V: Verkehr und Klima
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
1) Ozon und Wasserdampf in Stratosphäre
Wie groß sind die Veränderungen von Ozon und Wasserdampf und damit von UV und Klima?
WMO/UNEP: Andauernder Ozonverlust in Antarktis, Arktis und mittleren Breiten. Zudem: Zunahme von Wasserdampf in Stratosphäre beobachtet. Quelle: DWD
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Ozonsäulen als Funktion von Breite und Zeit, Modellüberprüfung mit
Satelliten-DatenGOME
ECHAM 3/CHEMohne Rück-wirkung der Treibhausgase über Strahlung auf Dynamik
ECHAM4/CHEM,mit Rückwirkung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
ENVISAT: Größter Umwelt-Forschungssatellit
Messung der Dynamik und Zusammensetzung der Atmosphäre mit:
MIPASSCIAMACHY GOMOS
AATSRMERISMWR
Voraussichtliche Meßzeit:2001 - 2005
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
2) Spurenstoffe in Troposphäre und unterer Stratosphäre
Offen (IPCC): Stickoxide aus Luftverkehr im Vergleich zu Blitzen und Bodenquellen?
Treibhausef-fekte von Ozon und Methan?
Heterogene Chemie an Cirren?
NOx,O3 OH , CO
CO OH CH4
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
POLINAT: Pollution in the North Atlantic Flight Corridor
Einige POLINAT / SONEX-Ergebnisse:Messung und Modellierung der Spurenstoffverteilung über Nordatlantik Stickoxid-Maximum an Tropopause und S-N-GradientEmissions-Indizes von Großraumflugzeugen bestimmtBeitrag des Luftverkehrs zur Stickoxidbelastung von 50 -100 pptv regional nachweisbar Hohe EisübersättigungSiehe Sonderhefte GRL/JGR
SONE X
NOXAR
POLINAT
<32°N
>57°N
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Stickoxide in 10 km Höhe, Vergleich:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Stickoxide aus Blitzen? LINOX und EULINOX
Bisheriges Ergebnis:Stickoxid-Quellen, Tg N/a------------------------------------------------
Europa Global------------------------------------------------Verbrennung fossiler Brennstoffe am Boden: 6 22
Blitze: 0.03 3
Luftfahrt 0.1 0.6------------------------------------------------Europa: Luftfahrt > BlitzeGlobal: Blitze > Luftfahrt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Herzlichen Glückwunsch zum DLR-Wissenschaftspreis!
JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 103, 28,247-28,264, 1998
Transport and production of NOX in electrified thunderstorms: Surveys of previous studies and new observations at midlatitudes
H. Huntrieser, H. Schlager, C. Feigl, and H. HöllerAbstract. First airborne NOx (NO and NO2)
measurements in anvils of active thunderstorms in Europe.....
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
3) Partikel-Zirren-WechselwirkungSchadstoffe in der Luftfahrt:neben Stickoxiden und Kohlendioxid: Wie beeinflussen Partikel und Kondensstreifen Chemie und Klima?
•Gasförmige und partikelförmige Emissionen gemessen und modelliert.•Klimasensitivität mit ECHAM nachgewiesen.•regionaler Bedeckungsgrad global extrapoliert.•Kondensstreifenbildung ist abhängig von Triebwerk: siehe Video
V
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
IPCC: Strahlungsantrieb infolge Luftverkehr
Kondens-streifen klimatischeben so wichtigwie CO2 und NOx aus Luftverkehr
offen: Cirren-Änderung
Grad des Verstandnis
Szenario für 2050
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Experimente zur Partikel-Zirren-Wechselwirkung
Wie groß ist der Einfluß von natürlichen und anthropogenen Aerosolen auf Zirren und deren Klimawirkung?
EU-INCA und HGF-PAZI :
Aerosol/Zirrus-Messungen auf 50°S und 50°N (Puenta Arenas und Shannon
und zugehörige Modellierung
Bisher keine insitu Messung in mittleren Breiten auf Südhemisphäre!
Quelle: Heymsfield, 1998
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
4) Regionale Meteorologie und Klimaänderungen
Was bestimmt den Niederschlag im Alpenraum und welche regionalen Auswirkungen haben globale Klimaänderungen?
Hintergrund: Mögliche Klimaänderung im Alpenraum (BAYFORKLIM):2070-2100: 3K wärmer, teils 20% weniger Niederschlag
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Regionale Wolkenbedeckung im Alpenraum
aus 5 Jahren Satellitendaten
Winter (DJF) und Sommer (JJA)Daten: NOAA AVHRR, Prozessierung: IPA+DFD
mit DLR/APOLLO, Basis für Trenderkennung und Modellvalidierung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
MAP: Sept. - Nov. 99
DLR: WIND, DIAL, Dropsonden, Radar, Satellitendaten, Flugzeug-Insitu-Messung, Vorhersagen, Analysen Forschungsflugzeuge:• Falcon, C130, P3-Orion,
Electra, ARAT, Merlin
•WIND-Lidar Erprobung•H2O-DIAL-Validierung •Erforschung von Prozessen und Verbesserung der Wettervorhersage (Föhn, Schwerewellen, PV-Streamer, Starkregen)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
MAP: Föhn und Schwerewellen, 8. 11. 1999
FalconDropsonde
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
5) LIDAR: Windfeld und SpurenstoffeDoppler-Lidar:Wie Messung mesoskaliger Windfelder? WINDWie Erkennung von Wirbelschleppe? MFLAMEWie messen von Windprofilen für 5- statt 4-tägiger Wettervor-hersage? ADM: Beitrag zu ESA-Phase B
Spurenstoff-Lidar (Aerosole, Wasserdampf, Ozon)Ozonforschung: u.a. OFP, EUROSOLVEDIAL: ENVISAT: MIPAS-, SCIAMACHY-Validierung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
6) WirbelschleppeWirbelschleppe hinter Großraumflugzeugen (A3XX, B747, B757) bestimmt Landefrequenz, Sicherheit und Kapazität an Flughäfen.
•Beeinflussung der Lebensdauer von Wirbelschleppe? •Querwindvorhersage?•Wirbelschleppenwarnsystem,•Wirbelschleppenerkennung?
Wie kann man die Landefrequenz bei konstanter Sicherheit steigern?
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Können Wirbellinien in konvektiver Grenzschicht aufsteigen?
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Zerfallen Wirbellinien in turbulenter Scherschicht unterschiedlich?
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
7) LärmWie breitet sich Lärm in realer Atmosphäre aus? Grundlage zur Entwicklung von Maßnahmen zur Reduktion der Lärmbelastung im Umfeld von Flughäfen.
•Entwicklung 3-d Lärmausbreitungsmodell•Beantragung HGF-Projekt
“Leiser Flugverkehr”Konzeption eines vereinfachten Rechenmodelles
EmissionEmission
PerzeptionPerzeption
Transmission = Schallausbreitung in der Atmosphäre= Physik (in) der Atmosphäre
ImmissionImmission
TransmissionTransmission
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Welchen Einfluss hat Querwind auf
Schallausbreitungunter einer Anflug-/Abflugroute?
Wind300 m
100
0
0-2 km 0 2 km
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
8) Verkehr und KlimaWie groß sind die Umweltauswirkungen von Lärm und
Spurenstoffemissionen von verschiedenen Verkehrssystemen - regional und global?
Beispiel: Beitrag der KfZ: Rußemissionen 1993 (2.5 Mt C)
Industrie und Bodenverkehr (ohne Kfz):
39%
Kfz-Verkehr18 %
Biomasse-verbrennung
43 %
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Welche Drittmittel-Projekte?„Kunde“ Themen Zahl ProjektleiterBMBF:OFP, AFS,Klima
OFP (4), Aerosole (3), Regionales Klima,Kondensstreifen, Heterogene Chemie
10 Dameris, Schlager, Renger, Petzold,Sausen, Kärcher, Heimann, Volkert,Meerkötter, Mannstein, Ziereis
EU: 4th FP HERA, Mercure, Raphael, Externe,Mauve, POLINAT 2, AEROCHEM,EULINOX, CHEMICON
9 Volkert, Heimann, Meischner,Schlager, Sausen, Höller,Graf,Meerkötter, Wendling,Schumann
UBA,DBU, DFG
Emissionen, Photometer, Niederschlag 2 Kärcher, Petzold, Meischner
BMW,Ford, DFS
Emissionen NOx, Ruß,Wirbelschleppenwarnsystem
Matthes, Köhler, Frech
EU: 5th FP METRIC, TRADEOFF, INCA, EUROSOLVE,UVAC, PARTEMIS, CWAKE, SWAKE,CRYOPLANE
9 Sausen (2), Busen, Flentje,Meerkötter, Petzold, Gerz,Holzäpfel, Ponater. In Verhandlung
HGF: Ver-netzung
ENVISAT: Validierung und Nutzung 3 Dameris, Schlager, Fix. InBegutachtung
BMBF AFO 2000, Atmosphärenforschung ? Anträge am 15.11. eingereichtHGF: Stra. PAZI: Partikel und Zirren 5 Antragstellung bis 15.12.99
21 laufend, > 17 beantragt, >13 PJ in 2000
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Forschung zur Physik der Atmosphäre - Rückblick und Ausblick
Rückblick: viele wichtige Ergebnisse
Ausblick: Viele interessante Fragen und Projekte, für die das Institut kompetent ist
Das erneuerte Institutsgebäude: Basis für langfristig erfolgreiche Forschung Danke!