Masterarbeiten

Zur Repräsentation des Einflusses von Wüstenstaub auf Wolkengefrierprozesse in der Atmosphärenmodellierung

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Mineralstaubpartikel sind eine wichtige Quelle für Eiskeime in der Atmosphäre. In der Masterarbeit soll untersucht werden, wie gut der Einfluss von Wüstenstaub auf Wolkengefrierprozesse in heutigen Atmosphärenmodellen repräsentiert ist. Dazu werden mit dem regionalen Staubmodell COSMO-MUSCAT, das über ein 2-Momenten-Schema für Wolkenmikrophysik sowie eine Online-Rückkopplung des modellierten Staubs auf Wolken und Strahlung verfügt, verschiedene aktuelle Parametrisierungen der Eisnukleation getestet. Ein bedeutender Saharastaubausbruch mit ausgedehnter mittlerer und hoher Bewölkung über Europa im April 2014 eignet sich idealerweise als Fallstudie. Für die Modellevaluierung stehen insbesondere CLOUDNET Beobachtungen sowie detaillierte Messungen während der HALO-Flugmission „Mid Latitude Cirrus“ (ML-CIRRUS) zur Verfügung. Die theoretischen und technischen Grundlagen hierfür werden im Rahmen des Forschungs- und Methodenseminars erarbeitet.

Datum der Ausschreibung: 20.09.2016

Characterization of aerosol properties by lidar measurements in Haifa, Israel

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Aerosolpartikel beeinflussen unsere Umwelt auf vielfältige Weise. Hierbei ist der mineralische Staub ist ein sehr wichtiger Partikeltyp, derbesonders im Nahen Osten die Atmosphäre belädt. Im Rahmen eines deutsch-israelischen Gemeinschaftsprojekts sollen mit einem Mehrwellenlängen Polarisations Raman Lidar in Haifa / Israel vertikalaufgelöste Aerosol-Messungen durchgefuhrt werden. Ziel der Arbeiten sind die Bestimmung der Lidarproduke und Statistiken zu den höhenaufgelösten intensiven Partikeleigenschaften, mittels deren Informationen über die verschiedenen vorhandenen Partikeltypengewonnen werden können.

Datum der Ausschreibung: 25.02.2016

Untersuchung zur saisonalen Variation hochaktiver Eiskeime im atmosphärischen Aerosol über Kap Verden

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Marine Partikel, Staub aus der Sahara und Aerosol urbanen Ursprungs erreichen die Kap Vedischen Inseln. Wir interessieren uns dafür, ob diese Aerosolpartikel als Keime zur Eisbildung in Wolken agieren.   Ziele der Studie sind, die Quellen der für die Vereisung von Mischphasenwolken besonders wichtigen, hoch effizienten Eiskeime zu finden und nach saisonalen Trends zu suchen. Dazu werden am „Cape Verde Atmospheric Observatory“ (CVAO) Aerosolpartikel auf Filtern gesammelt und im Labor auf ihre Effizienz als Eiskeime untersucht.

Die durchzuführenden Arbeiten umfassen: Proben Präparation, Durchführen von Experimenten, Auswertung, Darstellung und Interpretation der gewonnen Messdaten

Datum der Auswertung: 03.03.2016

Untersuchung zur größenabhängigen Konzentration hoch aktiver Eiskeime auf Kap Verden

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Die Fähigkeit von Aerosolpartikel als Keim zur Eiskristallbildung zu agieren hängt von deren Zusammensetzung und der Partikelgröße ab. In dieser Studie werden Aerosole aus zwei unterschiedlichen Größenbereichen, gesammelt am „Cape Verde Atmospheric Observatory“ (CVAO), auf ihre Effizienz als Eiskeime im Labor untersucht.

Ziel dieser Untersuchungen ist ein Vergleich der Eiskeimkonzentration im Aerosol <10µm und <1µm  über Kap Verden. Daten über die Herkunft der Luftmasse sowie chemischen und physikalischen Informationen über die Aerosole, wie sie vor Ort gemessen wurden, können benutzt werden um Unterschiede zu erklären.

Über den Einfluss von Konvektion auf die bodennahe Größenverteilung von Aerosolpartikeln in Deutschland 

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Das komplexe Wechselspiel zwischen Aerosolpartikeln sowie Wolken- und Niederschlagsprozessen scheint nach wie vor nur begrenzt verstanden. Niederschlagsprozesse führen durch Auswaschen zu teils drastischen Veränderungen im troposphärischen Aerosolgehalt.

Im Rahmen einer Masterarbeit sollten Meteosat-Wolkenbeobachtungen, Niederschlags-Radardaten und Aerosolmessungen des Messnetzes GUAN kombiniert werden, um zu untersuchen wie konvektive Phänomene die bodennahe Aerosolverteilung beeinflussen.

Datum der Ausschreibung: 03.03.2016

Nutzung einer infraroten Himmelskamera zur Untersuchung des langwelligen Strahlungseffekts und der Mikrophysik von Wolken

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Seit Beginn diesen Jahres betreibt TROPOS eine neuartige All-Sky Kamera vom Typ ASIVA (Klebe et al., 2014), die neben einer solaren Fischaugenkamera mit einer infrarote Fischaugenkamera mit 3 spektralen Bändern (8.5, 10.8, und 12.0μm) im atmosphärischen Fensterbereich ausgestattet ist. Diese Kanäle  erlauben auch nachts eine Beobachtung des Himmelszustands. Ziel der Masterarbeit ist die Untersuchung des Einflusses von Wolken inklusive ihrer Heterogenität auf den langwelligen Strahlungsfluss. Hierbei sollen mit einem Strahlungstranportmodell unbewölkte und bewölkte Strahldichten auf Basis der am TROPOS durchgeführten Mikrowellen-, Radar-, und Ceilometermessungen simuliert werden. Augenmerk soll hierbei insbesondere auf der Sensitivität der Kanäle auf die Wolkenmikrophysik (insb. Tropfengröße) liegen (siehe Hirsch et al., 2012). Gleichzeitig sollen diese spektral und räumlich aufgelösten Daten mit breitbandigen Pyrgeometermessungen verglichen werden, um den Einfluss räumlicher Variabilität auf den langwelligen Strahlungsfluss zu quantifizieren. Durch einen Vergleich der Helligkeitstemperaturen mit aktiven Messungen soll die Genauigkeit bestimmt werden, mit der die Wolkenhöhe aus der Helligkeitstemperatur bestimmt werden kann.

Datum der Ausschreibung: 03.03.2016

Evaluierung der Genauigkeit eines Schemas für das Nowcasting der Auslösung hochreichender Konvektion mittels METEOSAT SEVIRI. 

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Satellitengestützte Verfahren zur Früherkennung des Auslösens hochreichender konvektiver Zellen (Convective Initiation, CI) bieten gegenüber Radarbeobachtungen potenziell eine Vorlaufzeit von 15-30 Minuten, da die Wolkenentwicklung bereits vor der Entstehung von Niederschlag beobachtet werden kann. Aufgrund der Gefährdung von Leben und wirtschaftlichen Schäden durch Unwetter besteht ein hohes Interesse an solchen Vorhersagen. Allerdings verhindert aktuell noch eine zu hohe Rate an False Alarms eine Nutzung  in der operationellen Vorhersage. Im Rahmen der Masterarbeit soll ein Schema entwickelt werden, um die Genauigkeit des am DWD genutzte CI-Verfahren mittels Radarbeobachtungen automatisch zu evaluieren. Dies ist Voraussetzung, um eine Evaluierung auf einer statistisch signifikanten Datenbasis durchführen zu können.  Im Folgenden soll die Relevanz verschiedene Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der CI-Vorhersage zu untersucht werden. Hier ist insbesondere die Genauigkeit des Wolkentracking von Interesse, welches es erst ermöglicht, die zeitliche Änderung von sich bewegenden Wolkenobjekten zu verfolgen. Die Nutzung einer konvektiven Wolkenmaske ist ein weiterer erfolgversprechender Aspekt, da hier die Erkennung auf Regionen mit Potenzial für konvektive Entwicklung beschränkt werden kann. 

Datum der Ausschreibung: 03.03.2016

Evaluierung von Satellitenprodukten der solaren Einstrahlung mittels Schiffsmessungen 

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Im Rahmen des OCEANET Projektes werden seit 2007 detaillierte Atmosphären-messungen auf den Überführungsfahrten des Forschungsschiffs Polarstern zwischen der Nord- und der Südhemisphäre von TROPOS durchgeführt. Hierzu gehören insbesondere zeitlich hochaufgelöste Messungen der  Globalstrahlung sowie Aufnahmen einer Himmelskamera, die eine detallierte Charaktersierung von Wolken und ihres Strahlungseffekts ermöglichen (Kalisch und Macke, 2012). In der Masterarbeit soll dieser einmalige Datensatz genutzt werden, um die Genauigkeit von satellitenbasierten Strahlungsprodukten von METEOSAT SEVIRI zu bestimmen. Hierbei soll einerseits untersucht werden, wie sich der typische Wolkentyp und Wolkenstrahlungseffekt entlang der meridionalen Querschnitte beim Durchqueren der unterschiedlichen Klimaregionen ändert, und wie sich dies auf die Genauigkeit der Satellitenprodukte auswirkt. Diese Arbeit wird in Kooperation mit der Abteilung satellitengestütztes Klimamonitoring des Deutschen Wetterdienstes angeboten. Bei Interesse ist eventuell eine Beteiligung an der Polarsternfahrt im Frühjahr 2016 von Kapstadt nach Bremerhaven möglich.

Datum der Ausschreibung: 03.03.2016

Bachelorarbeiten

Untersuchung der Repräsentativität bestehender Messstationen imurbanen Raum mit Hilfe mobiler Messungen.

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Aufgrund der stetigen Miniaturisierung und neuer Messverfahren ist esmöglich mobile Messungen zur Bestimmung von mikrophysikalischenEigenschaften des Aerosols durchzuführen. Mit Hilfe einesrucksackgetragenen Messaufbaus sollen Partikelgrößenverteilungensowie Absorption im urbanen Raum gemessen werden. Ziel dieserMessungen ist es hinreichend aussagekräftige Profile der gemessenenGrößen (PM10 und BC) zu erhalten, um so die Repräsentativitäteinzelner stationärer Messstationen im Luftgütemessnetz zu validieren.