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!

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!

Beispiel für Fragestellung: Abweichung der Lufttemperatur in Deutschland vom Mittel 1961-1990, warum und welche Konsequenz? Natürlich oder anthro-pogen? Zukunft? Auswir-kungen? Balken: Jahreswerte, durchgezogene Linie: 20-jähriges Mittel, farbige Flächen: 2 -Bereich. Quelle: J. Rapp, Deutscher Wetterdienst, Klimastatusbericht 1998.

Beispiel für Komplexität: Strahlungsantrieb infolge von Störungen des Klimasystems Quelle: IPCC (1996) und „Schadstoffe in der Luftfahrt, 1997“

Nutzbare Raumfahrtsysteme von NOAA, NASA, EUMETSAT, ESA NOAA: AVHRR, TOVS DMSP (OTD, SSM/I) NASA: TOMS, SAGE, HALOE EUMETSAT: METEOSAT bis 2003 MSG: ab 2001 METOP: 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-Validierung Vertretung der Nutzerinteressen

Wie ist die Forschung organisiert?

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: Lidarmethoden 6) L Wirbelschleppe (Projekt) 7) L: Lärm 8) V: Verkehr und Klima

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 

Ozonsäulen als Funktion von Breite und Zeit, Modellüberprüfung mit Satelliten-Daten GOME ECHAM 3/CHEM ohne Rück-wirkung der Treibhausgase über Strahlung auf Dynamik ECHAM4/CHEM, mit Rückwirkung

ENVISAT: Größter Umwelt-Forschungssatellit Messung der Dynamik und Zusammensetzung der Atmosphäre mit: MIPAS SCIAMACHY GOMOS AATSR MERIS MWR Voraussichtliche Meßzeit: 2001 - 2005

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

POLINAT: Pollution in the North Atlantic Flight Corridor NOXAR Einige POLINAT / SONEX-Ergebnisse: Messung und Modellierung der Spurenstoffverteilung über Nordatlantik Stickoxid-Maximum an Tropopause und S-N-Gradient Emissions-Indizes von Großraumflugzeugen bestimmt Beitrag des Luftverkehrs zur Stickoxidbelastung von 50 -100 pptv regional nachweisbar Hohe Eisübersättigung Siehe Sonderhefte GRL/JGR SONE X POLINAT <32°N >57°N 

Stickoxide in 10 km Höhe, Vergleich:

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 > Blitze Global: Blitze > Luftfahrt

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. Höller Abstract. First airborne NOx (NO and NO2) measurements in anvils of active thunderstorms in Europe.....

3) Partikel-Zirren-Wechselwirkung Schadstoffe 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

IPCC: Strahlungsantrieb infolge Luftverkehr Kondens-streifen klimatisch eben so wichtig wie CO2 und NOx aus Luftverkehr offen: Cirren- Änderung Szenario für 2050  Grad des Verstandnis 

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

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

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

MAP: Sept. - Nov. 99 WIND-Lidar Erprobung H2O-DIAL-Validierung Erforschung von Prozessen und Verbesserung der Wettervorhersage (Föhn, Schwerewellen, PV-Streamer, Starkregen) DLR: WIND, DIAL, Dropsonden, Radar, Satellitendaten, Flugzeug-Insitu-Messung, Vorhersagen, Analysen Forschungsflugzeuge: Falcon, C130, P3-Orion, Electra, ARAT, Merlin

MAP: Föhn und Schwerewellen, 8. 11. 1999 Dropsonde Falcon

5) LIDAR: Windfeld und Spurenstoffe Doppler-Lidar: Wie Messung mesoskaliger Windfelder? WIND Wie Erkennung von Wirbelschleppe? MFLAME Wie 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, EUROSOLVE DIAL: ENVISAT: MIPAS-, SCIAMACHY-Validierung

6) Wirbelschleppe Wie kann man die Landefrequenz bei konstanter Sicherheit steigern? Wirbelschleppe hinter Großraumflugzeugen (A3XX, B747, B757) bestimmt Landefrequenz, Sicherheit und Kapazität an Flughäfen. Beeinflussung der Lebensdauer von Wirbelschleppe? Querwindvorhersage? Wirbelschleppenwarnsystem, Wirbelschleppenerkennung?

Können Wirbellinien in konvektiver Grenzschicht aufsteigen?

Zerfallen Wirbellinien in turbulenter Scherschicht unterschiedlich?

7) Lärm Wie 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 Emission Transmission Perzeption Immission Transmission = Schallausbreitung in der Atmosphäre = Physik (in) der Atmosphäre

Welchen Einfluss hat Querwind auf Schallausbreitung unter einer Anflug-/Abflugroute? 300 m 100 -2 km 0 2 km

8) Verkehr und Klima Wie 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-Verkehr 18 % Biomasse-verbrennung 43 %

Welche Drittmittel-Projekte?

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!