Bachelor/Masterarbeit
Characterization of Cirrus Clouds over Cabo Verde by means of Polarization Lidar Measurements
Ausschreibungsdatum: 09.01.2024
Zirruswolken bestehen aus Eiskristallen, welche homogen (aus Lösungströpfchen) oder heterogen (auf einem Aerosolpartikel) gebildet werden können. Die spezielle Form der Eiskristalle führt dazu, dass sie Licht depolarisieren. Diese Eigenschaft nutzt man mit einem Polarisationslidar aus, um Zirruswolken zu detektieren. Seit Juni 2021 betreibt das TROPOS ein solches Lidargerät in Mindelo auf den Kapverden (siehe Foto), welches das Depolarisationsverhältnis bei 3 Wellenlängen misst. Das Ziel der Masterarbeit ist es, diese Polarisationsmessungen auszunutzen, um so mehr Informationen über die Form, vertikale Struktur und den Bildungsmechanismus der tropischen Zirren zu erforschen.
Kontakt: Moritz Haarig, haarig[at]tropos.de
Eis-Multiplikation – Welche Mechanismen in Wolken können potentiell zur sekundären Erhöhung der Eiskristallanzahl beitragen?
Ausscheibungsdatum: 21.05.2024
In Mischphasenwolken (bestehend aus Eiskristallen und unterkühlten flüssigen Tröpfchen) können mehr Eiskristalle vorhanden sein als durch das bloße Gefrieren flüssiger Tröpfchen erwartbar wäre. In den letzten Jahren wurden verschiedene Mechanismen zur Erklärung des Phänomens vorgeschlagen. Die Gesamtheit dieser Prozesse wird als Eismultiplikation (engl. ‚ice multiplication‘ oder auch ‚secondary ice production’) bezeichnet. Vorstellbar sind zum Beispiel Kollisionen zwischen zwei Eiskristallen oder das Zerbrechen gefrierender Tropfen, bei denen kleinere Eissplitter entstehen und somit mehr Eispartikel vorhanden sind als vorher.
Das Ziel der angebotenen Arbeit ist, die Bedeutung der Eismultiplikation auf Wolkeneigenschaften abzuschätzen. Dafür soll zunächst ein kurzer Überblick über die in der Fachliteratur vorgeschlagenen Prozesse der Eismultiplikation erstellt werden. Basierend darauf sollen diese Prozesse dann auf bestehende simulierte Wolkeneigenschaften (Wolkentropfen- und Eiskristallgrößenverteilungen) eines Wolkenmikrophysikmodells angewendet werden. Dem können auch eigene Simulationen mit einer idealisierten Version dieses Modells hinzugefügt werden. Die Arbeit bietet einen Einstieg in mikrophysikalische Prozesse in Wolken und deren Beschreibung für z. B. Wettermodelle. Kenntnisse von Python, R, o.Ä. sind für die Datenanalyse notwendig.
Kontakt:
Dr. Roland Schrödner, Tel.: +49 (0)341 2717 7388, eMail: roland.schroedner[at]tropos.de
Masterarbeiten
Characterization of the atmosphere above Antarctica by means of ground-based remote sensing
Date of announcement: 25.02.25
The Antarctic continent and its surrounding Southern Ocean are key components of the global climate system. In the framework of the field experiment, continuous Observations of Aerosol-Cloud-Interaction in Antarctica (COALA), novel observations of aerosol and clouds by means of ground-based remote sensing have been performed by TROPOS in Antarctica at the German Neumayer Station III (70.67°S, 8.27°W) from January to December 2023. The deployment of the OCEANET-Atmosphere remote-sensing observatory covers the full ACTRIS aerosol and cloud profiling capabilities additionally to meteorological, radiation, and air chemistry in-situ observations at the Antarctic station.
The master thesis shall focus on microphysical properties of (shallow) mixed-phase clouds retrieved from lidar and radar synergy. Depending on the student’s interest, the topic can be developed towards, e.g., characterizing the aerosol properties relevant for cloud formation or intercomparison with reanalysis datasets among other possibilities including sensor synergy.
Contact: Dr. Martin Radenz, TROPOS (radenz@tropos.de), Dr. Holger Baars, TROPOS (baars@tropos.de)
Assessing humidity growth effects of different aerosol types using
ground-based Raman lidar observations
Ausschreibungsdatum: 01.09.2024
Hygroscopic growth and shrinkage processes change the size, refractive
index, and partly also the shape of aerosol particles and thus also their
optical, radiative and nucleating properties (e.g., Haarig et al., 2017).
PollyXT Raman lidars (Engelmann et al., 2016) have the capability to
measure water vapor mixing ratio (e.g., Dai et al., 2018). Simultaneous
profiling of water vapor mixing ratio and particle optical properties
allow to study aerosol hygroscopicity (e.g., Althausen et al., 2020;
Navas-Guzmán et al., 2019). For calibration and calculation of relative
humidity, the use of radiosonde, model, and microwave radiometer data
can be intercompared. Data from PollyNET (Baars et al., 2016), a
network of PollyXT lidars, from contrasting stations with different
aerosol and humidity conditions like Germany, Cabo Verde, Cyprus, and
Tajikistan shall be used.
Kontakt: Julian Hofer, hofer[at]tropos.de
Profile intercomparison of CCN datasets retrieved from ground-based
lidars, aerosol model reanalysis and spaceborne lidar
Ausschreibungsdatum: 01.09.2024
Vertical profiles of microphysical and cloud-relevant aerosol properties
such as cloud condensation nuclei (CCN) concentration can be estimated
using polarization lidar techniques (e.g., Mamouri and Ansmann, 2016).
Global CCN datasets retrieved from the spaceborne lidar CALIPSOCALIOP
(Choudhury and Tesche, 2022; 2023) and the aerosol model
reanalysis CAMS (Block et al., 2024), which became available recently
and are already used for comparison studies (e.g., Choudhury et al.,
2024), can be intercompared with retrievals from PollyNET (Baars et al.,
2016), a network of ground-based PollyXT polarization Raman lidars
(Engelmann et al., 2016), at multiple, contrasting stations like Germany,
Cabo Verde, Cyprus, and Tajikistan. Identifying similarities and
differences between the ground-based and spaceborne-lidar-derived
CCN datasets may improve the underlying retrieval methods and
ultimately the understanding and quantification of aerosol-cloudinteraction.
Kontakt: Julian Hofer, hofer[at]tropos.de
Dry marine aerosol layers in the atmosphere
Ausschreibungsdatum: 01.09.2024
Marine Umgebungen sind oft durch hohe Luftfeuchte gekennzeichnet, sodass
Seesalzaerosole in Tröpfchen vorkommen. An der Oberkante der
feuchten marinen Aerosolschicht kann trockene Luft eingemischt werden,
welche zu einer starken Abnahme der relativen Feuchte führt, wodurch
das Seesalz kristallisiert und in einer würfelartigen Form vorkommt (relative
Feuchte < 48%). Dieser Phasenübergang führt zu veränderten optischen
Eigenschaften, insbesondere des Depolarisationsverhältnisses und
kann daher mit einem Polarisationslidar detektiert werden. Doch wie häufig
treten diese Schichten auf? Und was ist die Auswirkung auf den Strahlungshaushalt, wenn das marine Aerosol nicht mehr wie üblich als kugelförmig angenommen werden kann?
Diesen Fragen soll im Rahmen einer Masterarbeit nachgegangen werden.
Dazu eignen sich die Lidarbeobachtungen des TROPOS von den Polarsternfahrten auf dem atlantischen Ozean (Bremerhaven nach Kapstadt
oder Punta Arenas), sowie die küstennahen Lidarmessungen aus Punta
Arenas (Chile), Mindelo (Kapverden) und Haifa (Israel).
Kontakt: Dr. Moritz Haarig, haarig[at]tropos.de
Spatiotemporal evolution of Cloud Top Height (CTH) for selected ACTRIS stations
Ausschreibungsdatum: 02.09.2024
Clouds contribute significantly to the Earth’s radiative budget and our limited knowledge on their interactions with other atmospheric components induce large uncertainties to radiative transfer calculations and in general circulation models. With respect to that, Cloud Top Height (CTH) is a key-parameter that provides valuable information on the vertical distribution of liquid water, cloud thermodynamic phase, cloud classification, etc.
In this thesis, the student will use the CTH product from the recently-launched EarthCARE satellite. The CTH product will be examined for overpasses co-located with ACTRIS ground-based stations (e.g., in Mindelo, Cabo Verde, in Leipzig, Germany, in Limassol, Cyprus etc.) and a study over the spatiotemporal evolution of the CTH over that specific station will be performed. EarthCARE’s CTH will also be validated with radar-derived CTH from Cloudnet.
Kontakt: Dr. Athena A. Floutsi, floutsi@tropos.de
Aufbau eines neuen Aerosoleinschubs für die Messung von Aerosolpartikeln mit einer hubschraubergetragenen Platform
Ausschreibungsdatum: 16.05.2024
Die Wechselwirkungen zwischen Aerosolpartikeln und Wolken stellen immer noch eine der größten Unsicherheiten der heutigen Wetter- und Klimavorhersage dar. Das liegt unter anderem am Mangel an direkten Messungen, d.h., dass die Prozesse direkt und vor Ort betrachtet werden.
Zur Untersuchung dieser Prozesse direkt an und in der Wolke wurde am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) das hubschraubergetragene Messsystem ACTOS (Abbildung 1) entwickelt.
Aktuell wird die Plattform komplett überarbeitet und neben einer Reihe bekannter Sensoren werden auch neue Geräte integriert. Ein Segment, der aus einem 19inch-Einschub besteht, ist dabei für Aerosolmessgeräte reserviert. Dabei werden die Größenverteilungen von etwa 6 nm bis 10 m gemessen sowie der Absorptionskoeffizient bestimmt. Die Geräte dazu sind bereits vorhanden.
Die Konzeptionierung, der Aufbau und Test dieses Einschubs könnten im Rahmen eines Praktikums, einer Masterarbeit (FH oder Uni) oder eine Hiwi-Jobs erfolgen.
Kontakt: Dr. Birgit Wehner, birgit@tropos.de, 0341/27177309
Ausschreibung
Sensitivity of Tropical Cyclones to Cloud Microphysics
Date of announcement: 05.01.2024
Tropical cyclones potentially intensity in future as the climate warms, however, significant uncertainties remain. In the proposed work, the development of tropical cyclones is investigated using convection-permitting simulations with the ICON model combined together with satellite observations. The choice of the cloud microphysics scheme plays an important role for the simulation of tropical cyclones because it controls the phase partitioning within the cloud bands and thus the pathways for precipitation formation. Some indications exist that more sophisticated cloud microphysical descriptions can also lead to better topical cyclone forecasts.
Contact: Dr. Fabian Senf, TROPOS, senf@tropos.de, phone: 0341 2717 7170