DACH-7

WT

Deutsche Version:
Forschungsinfrastrukturen in der Wetter- und Klimaforschung umfassen ein breites Spektrum an Ressourcen und Dienstleistungen, angefangen von einzelnen Instrumenten, über stationäre und mobile Stationen an Land, zu Wasser, in der Luft, Rechnersysteme, Datenarchive, bis hin zu ganzen Messnetzen, Forschungs- und Monitoringprogrammen. Sie können an einem einzigen Standort angesiedelt, aber auch verteilt oder virtuell sein und bilden Grundlagen für den wissenschaftlichen Fortschritt bei der Bewältigung der globalen gesellschaftlichen Herausforderungen.
Die Dach-7 Session bietet den Rahmen, einerseits Forschungsinfrastrukturen in der Wetter- und Klimaforschung zu präsentieren, anderseits ihr Wirken und daraus resultierende Forschungsergebnisse zu vermitteln.
Messprogramme, Stationsverbünde, bedeutende wissenschaftliche Ausrüstungen, Datenarchive, Kommunikationssysteme, Messplattformen oder Services in der Wetter- und Klimaforschung sollen vorgestellt, ihr Nutzen aufgezeigt und neue Kooperationen angestoßen werden.

English version:
Research infrastructures in weather and climate research comprise a broad spectrum of resources and services, ranging from individual instruments, stationary and mobile stations on land, at sea, in the air, computer systems, data archives, to entire measurement networks, research and monitoring programs. They can be located at a single site, or distributed, or virtual, and provide fundamental scientific progress in addressing global societal challenges.
The Dach-7 session provides the framework to present research infrastructures in weather and climate research on the one hand, and to communicate their work and resulting research findings on the other hand.
Measurement programs, station networks, important scientific equipment, data archives, communication systems, measurement platforms or services in weather and climate research shall be presented, their benefits demonstrated and new collaborations initiated.

Conveners: Elke Ludewig, Corinna Rebmann, Ulla Wandinger
Oral programme
| Thu, 24 Mar, 08:30–12:00|Hörsaal 3, Fri, 25 Mar, 09:30–13:00|Hörsaal 3
Poster programme
| Attendance Wed, 23 Mar, 14:00–16:00|Foyer

Oral programme: Thu, 24 Mar | Hörsaal 3

Chairpersons: Elke Ludewig, Christian Maier
DACH 7 - Session 1: Research Infrastructures -Overview Presentations
08:30–08:45
|
DACH2022-251
Andreas Petzold, Valerie Thouret, Christoph Gerbig, Andreas Zahn, Martin Gallagher, Hannah Clark, Markus Hermann, Johannes Schneider, Helmut Ziereis, Hervé Roquet, Philippe Nédélec, Ulrich Bundke, Damien Boulanger, Susanne Rohs, Herman G.J. Smit, Harald Boenisch, Gary Lloyd, Jean-Marie Flaud, and Andreas Wahner

IAGOS (www.iagos.org) is a European Research Infrastructure using commercial aircraft (Airbus A340, A330, and soon A350) for automatic and routine measurements of atmospheric composition including reactive gases (ozone, carbon monoxide, nitrogen oxides, volatile organic compounds), greenhouse gases (water vapour, carbon dioxide, methane), aerosols and cloud particles along with essential thermodynamic parameters. The main objective of IAGOS is to provide the most complete set of high-quality essential climate variables (ECV) covering several decades for the long-term monitoring of climate and air quality. The observations are stored in the IAGOS data centre along with added-value products to facilitate the scientific interpretation of the data. IAGOS began as two European projects, MOZAIC and CARIBIC, in the early 1990s. These projects demonstrated that commercial aircraft are ideal platforms for routine atmospheric measurements. IAGOS then evolved as a European Research Infrastructure offering a mature and sustainable organization for the benefits of the scientific community and for the operational services in charge of air quality and climate change issues such as the Copernicus Atmosphere Monitoring Services (CAMS) and the Copernicus Climate Change Service (C3S). IAGOS is also a contributing network of the World Meteorological Organization (WMO).

IAGOS provides measurements of numerous chemical compounds which are recorded simultaneously in the critical region of the upper troposphere – lower stratosphere (UTLS) and geographical regions such as Africa and the mid-Pacific which are poorly sampled by other means. The data are used by hundreds of groups worldwide performing data analysis for climatology and trend studies, model evaluation, satellite validation and the study of detailed chemical and physical processes around the tropopause. IAGOS data also play an important role in the re-assessment of the climate impact of aviation.

Most important in the context of weather-related research, IAGOS and its predecessor programmes provide long-term observations of water vapour and relative humidity with respect to ice in the UTLS as well as throughout the tropospheric column during climb-out and descending phases around airports, now for more than 25 years. The high quality and very good resolution of IAGOS observations of relative humidity over ice are used to better understand the role of water vapour and of ice-supersaturated air masses in the tropopause region and to improve their representation in numerical weather and climate forecasting models. Furthermore, CAMS is using the water vapour vertical profiles in near real time for the continuous validation of the CAMS atmospheric models.

How to cite: Petzold, A., Thouret, V., Gerbig, C., Zahn, A., Gallagher, M., Clark, H., Hermann, M., Schneider, J., Ziereis, H., Roquet, H., Nédélec, P., Bundke, U., Boulanger, D., Rohs, S., Smit, H. G. J., Boenisch, H., Lloyd, G., Flaud, J.-M., and Wahner, A.: IAGOS Research Infrastructure for Global-Scale Atmosphere Monitoring by Instrumented Passenger Aircraft, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-251, https://doi.org/10.5194/dach2022-251, 2022.

08:45–09:00
|
DACH2022-53
Paul Bingham, Anita Paul, and Rainer Stowasser

Die Institutionen der Wetterdienste in Europa haben eine lange Historie (z.B. ZAMG 170 Jahre) was bedeutet, das sich in dieser Zeit sehr viele Aufzeichnungen angesammelt haben. Die Aufgabe der Bibliotheken/Archive ist es dieses Material zu erschliessen und der Forschung zugänglich zu machen.

In dem Vortrag wird gezeigt, das Bibliothek über die Services der Forschungsliteratur hinaus eine wichtige Infrastruktur darstellen.

Durch die Digitalisierung von historischen Publikationen (z.B. https://www.sonnblick.net/de/sonnblick-verein/organisation/jahresberichte-sonnblick-verein/) nach den FAIR Prinzipien werden Texte online für ForscherINNEN nutzbar die sonst in den Regalen verstauben würden.

Die WMO Initative data rescue, also die Aufarbeitung von Papierbeständen zu Forschungsdaten, mit dem Hauptzweck lange Datenreihen zu generieren (z.B. Klagenfurt 1830 ff) ist eine wichtige Voraussetzung einerseits Klimamodelle zu validieren und andererseits Lücken in der geographischen Abdeckung (z.B. Das Messnetz der Centralanstalt k(u)k 1851-1919 DACH 2019) zu füllen.

Forschung zur Geschichte der Messungen (z.B. Paul Bingham The 1891 to 1918 partnership between the Deutschen Palästina-Vereins (DPV) and  Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), to record and publish the meteorology of Palestine) hilft einerseits den historischen Kontext der Datengenerierung zu erhellen aber auch andererseits, durch Rekonstruktion der Meßmethoden, Aussagen zur Qualität der Daten zu erlangen.

Aber nicht nur die Rückschau ist relevant. EUMETLIB, eine Kooperation der Bibliotheken der europäischen Wetterdienste wird  nun über EUMETNET insitutionalisiert und soll in Zukunft ForscherINNEN den Zugriff auf Quellen aus ganz Europa für weitere Arbeiten zur Verfügung stellen und damit eine internationale Infrastruktur für die Wissenschaften darstellen.

How to cite: Bingham, P., Paul, A., and Stowasser, R.: Bibliothek/Archive als Forschungsinfrastruktur, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-53, https://doi.org/10.5194/dach2022-53, 2022.

09:00–09:15
|
DACH2022-72
Peter Braesicke, Jörg Seegert, Hannes Thiemann, and Lars Bernard

NFDI4Earth addresses the digital needs of Earth System (ES) Sciences (ESS) in Germany. ES scientists cooperate in international and interdisciplinary networks with the overarching aim to understand the functioning of and interactions within the ES and address the multiple challenges of global change.

NFDI4Earth is a community-driven process providing researchers with access to FAIR, coherent, and open ES data, innovative research data management (RDM) and data science methods. The NFDI4Earth work plan comprises four task areas (TA):

TA1 2Participate will engage with the ESS community and secures that NFDI4Earth is driven by user requirements: Pilots, small agile projects proposed by the community leverage existing technologies and manifest the researchers’ RDM needs. The Incubator Lab identifies promising new tools and scouts for trends in ES Data Science. The EduHubs produce open, ready to use educational resources on implementing FAIR principles in the ESS. The Academy will connect young researchers and their data-driven research to NFDI4Earth.

TA2 2Facilitate realizes the OneStop4All as the web-based entry point to FAIR, open and innovative RDM in ESS. It supports users on how to find, access, share, publish and work with ES data. Specific user requests beyond the scope of the OneStop4All will be routed to a distributed User Support Network. TA2 will also unlock the wealth of data that exists in governmental data repositories and will collaborate with all services on supporting long-term archiving.

TA3 2Interoperate aims at interoperability and coherence of the heterogeneous, segmented range of ESS RDM services. The ecosystems of ESS (meta-)data and software repositories, data science services and collaboration platforms will be synthesised. Based on common standards, TA3 provides consistent methods for a self-evaluation of RDM offerings. TA3 works on NFDI cross-cutting topics, provides a Living Handbook and ensures co-operation with international RDM initiatives and standardisation bodies.

TA4 2Coordinate facilitates the overall management of the NFDI4Earth consortium. TA4 acts as central support service and coordination of the technical implementations. It also offers virtual research environments. The NFDI4Earth Coordination Office will support the NFDI4Earth community in day-to-day operations and acts as the NFDI4Earth point of contact. It develops a commonly agreed model for a sustainable operation of NFDI4Earth.

The NFDI4Earth governance aims for an open and inclusive development of the NFDI4Earth services. As one example, so-called interest groups can be initiated by the NFDI4Earth community to explore individual topics in greater depth and provide input and feedback to the NFDI4Earth developments. Moreover, as a community we will work on a commonly accepted NFDI4Earth FAIRness and Openness Commitment that is key to fostering a cultural change towards FAIR and Open RDM for all.

How to cite: Braesicke, P., Seegert, J., Thiemann, H., and Bernard, L.: NFDI4Earth – addressing the digital needs of Earth System Sciences, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-72, https://doi.org/10.5194/dach2022-72, 2022.

09:15–09:30
|
DACH2022-133
Claudia Schütze and Ute Weber and the MOSES-Team

MOSES (Modular Observation Solutions for Earth Systems) ist ein neuartiges Beobachtungssystem der Helmholtz-Gemeinschaft, das speziell für die Untersuchung der Auswirkungen einzelner dynamischer Ereignisse auf die langfristige Entwicklung von Umweltsystemen entwickelt wurde. MOSES konzentriert sich auf vier Arten von dynamischen Ereignissen: Hitzewellen und Dürren, hydrologische Extreme, das abrupte Auftauen von Permafrost und Ozeanwirbel. Diese Ereignisse wurden ausgewählt, weil sie für Klima- und Umweltveränderungen und deren sozioökonomische Auswirkungen relevant sind. So haben zum Beispiel Wetterextreme, wie die jüngsten Dürren in Europa 2018, 2019 oder die Überschwemmungen in 2013, 2021 u.a. auch schwere und dauerhafte Umweltschäden verursacht.

Obwohl es immer mehr Hinweise darauf gibt, dass solche dynamischen Ereignisse das Potenzial für weitreichende Umweltauswirkungen haben, ist unser Wissen über die von ihnen ausgelösten Prozesse noch sehr begrenzt. MOSES zielt darauf ab, solche Ereignisse von ihrer Entstehung bis zu ihren unmittelbaren Folgen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erfassen. Als solches erweitert und ergänzt das Beobachtungssystem damit bestehende nationale und internationale Beobachtungsnetze, die meist auf stationäre Langzeitbeobachtung ausgelegt sind.

Mehrere Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft haben diese Forschungsinfrastruktur aufgebaut. Als mobiles und modulares "System der Systeme" wurde es entwickelt, um die Energie-, Wasser-, Treibhausgas- und Nährstoffkreisläufe an der Landoberfläche, in Küstenregionen, im Ozean, in den Polarregionen und in der Atmosphäre zu erfassen - vor allem aber die Wechselwirkungen zwischen den Kompartimenten zu untersuchen. Während der Implementationsphase (2017-2021) wurden die Messsysteme in Betrieb genommen und Testkampagnen durchgeführt, um ereignisgesteuerte Kampagnenroutinen zu etablieren. Mit dem Beginn des regulären Betriebs von MOSES ab 2022 wird das Beobachtungssystem dann für die system- und disziplinübergreifende Forschung dynamischer Ereignisse einsatzbereit sein.

Mit der Präsentation soll der Aufbau von MOSES sowie die Komponenten der Forschungsinfrastruktur vorgestellt und erste Einsatzbeispiele veranschaulicht werden. Dabei wollen wir die MOSES-Initiative fokussiert auf die Beobachtungssysteme und Betriebskonzepte präsentieren, die für Wetterextreme wie hydrometeorologische Ereignisse oder Hitzewellen und Dürren konzipiert wurden. Die Entwicklung der Konzepte für die ereignisgesteuerte Beobachtung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Praxis und wird auch in den kommenden Jahren eine breite Plattform für Kooperationen bieten.

How to cite: Schütze, C. and Weber, U. and the MOSES-Team: MOSES – Ein neuartiges Beobachtungssystem zur systemübergreifenden Untersuchung dynamischer Ereignisse , DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-133, https://doi.org/10.5194/dach2022-133, 2022.

09:30–09:45
|
DACH2022-166
Patrick Hupe and the ARISE team

The Atmospheric dynamics Research InfraStructure in Europe (ARISE) project has integrated different meteorological and geophysical station networks and technologies providing observations from the ground to the lower thermosphere. A particular emphasis is on improving observations in the middle atmosphere, as this is a crucial region affecting tropospheric weather and climate. Besides supporting innovative prototypes of mobile lidars and microwave radiometers, ARISE utilized the global infrasound network developed for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT) verification, the lidar Network for the Detection of Atmospheric Composition Change (NDACC), meteor radars, wind radiometers, ionospheric sounders and satellites.

This presentation highlights the objectives and results as well as perspectives of the first two project phases – one within the European Union’s 7th Framework Programme and the second within the Horizon 2020 programme. ARISE has facilitated multi-instrument stations and collocated measurement campaigns at different latitudes in Europe, including the observatories ALOMAR in northern Norway, OHP in southern France and Maïdo on Reunion Island (France), as well as the infrasound station in southern Germany. One ARISE study, for instance, analyzed different ground-based and space-borne observation technologies, revealing systematic biases for temperature and wind in both analysis and reanalysis models. Such biases are critical to the CTBT verification when validating infrasound signal detections by propagation modelling. Also, the potential of infrasound to be assimilated in weather or climate models was proposed, as infrasound can be used to probe winds and cross-wind effects in the middle atmosphere. Meanwhile, offline assimilation tests relying on infrasound data from ground-truth explosion events and wind data of ECMWF’s ERA5 model have been conducted. Overall, the interest of ARISE is to provide atmospheric data products and services for both scientific and civilian-security applications, including the monitoring of extreme events that have an atmospheric signature, such as meteors, thunderstorms or volcanic eruptions. For early warnings on volcanic eruptions, the Volcano Information System (VIS) was proposed as an ARISE product in cooperation with the CTBT organization and the Toulouse Volcanic Ash Advisory Center (VAAC).

How to cite: Hupe, P. and the ARISE team: ARISE - Atmospheric Dynamics Research InfraStructure in Europe, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-166, https://doi.org/10.5194/dach2022-166, 2022.

09:45–10:00
|
DACH2022-257
Ulla Wandinger and the ACTRIS-D-Konsortium

ACTRIS-D ist der deutsche Beitrag zur paneuropäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds und Trace Gases Research Infrastructure) und seit 2019 Teil der Nationalen Roadmap für Forschungsinfrastrukturen. Ziel von ACTRIS ist es, über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten Daten und Dienstleistungen zu kurzlebigen atmosphärischen Bestandteilen bereitzustellen, die entsprechende Forschung zu unterstützen und somit unser Wissen über atmosphärische Prozesse, Klimaveränderungen und Luftqualität zu verbessern. Dabei baut die Forschungsinfrastruktur auf die Erfahrung von mehr als 20 Jahren koordinierter Forschungs- und Entwicklungsarbeit in Europa auf. ACTRIS integriert die europäischen Messnetze zur In-situ- und Fernmessung von Aerosol, Wolken und reaktiven Spurengasen sowie den Verbund atmosphärischer Simulationskammern. Die Rechtsform eines Europäischen Forschungsinfrastruktur-Konsortiums (ERIC), die ACTRIS im Jahr 2022 annehmen wird, stellt die langfristige Unterstützung durch die mehr als 15 Mitgliedsstaaten sicher.

Am Aufbau von ACTRIS-D beteiligen sich elf deutsche Forschungseinrichtungen. Sie übernehmen die Verantwortung für den Betrieb von dreizehn Beobachtungsstationen zur Erhebung von Langzeitdaten, fünf atmosphärischen Simulationskammern zur Untersuchung chemischer und physikalischer Prozesse unter kontrollierten Bedingungen und vier mobilen Plattformen zur Beobachtung atmosphärischer Prozesse an ausgewählten Standorten. Darüber hinaus tragen sie zum Aufbau und Betrieb der sechs thematischen Zentren von ACTRIS bei, welche auf europäischer Ebene unter anderem für einheitliche Kalibrier- und Messstandards und die Schulung des technischen und wissenschaftlichen Personals verantwortlich sind und somit die hohe ACTRIS-Datenqualität gewährleisten. Drei dieser zentralen europäischen Einrichtungen werden von deutschen Instituten geleitet.

In diesem Beitrag stellen wir die laufenden Implementierungsarbeiten von ACTRIS-D vor, diskutieren die langfristige Strategie und zeigen anhand von Beispielen das Potenzial der Forschungsinfrastruktur für die integrierte und koordinierte Atmosphärenforschung in Deutschland und Europa.

How to cite: Wandinger, U. and the ACTRIS-D-Konsortium: ACTRIS-D – Der deutsche Beitrag zur europäischen Forschungsinfrastruktur für Aerosol, Wolken und Spurengase, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-257, https://doi.org/10.5194/dach2022-257, 2022.

Kaffee
Chairpersons: Ulla Wandinger, Lukas Pfitzenmaier
DACH 7 - Session 2: Climate, Weather and Air Pollution - Monitoring and Networks
10:30–10:45
|
DACH2022-299
Thomas Krennert, Rainer Kaltenberger, and Andreas Schaffhauser

Seit 2019 stehen der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik ZAMG Daten und Bildmaterial von menschlichen Wetter- und Impact- Meldungen durch die Verwendung der Web-App wettermelden.at zur Verfügung. Die Meldeparameter der ZAMG-App orientieren sich eng an das Meldesystem des European Weather Observers EWOB des European Severe Storms Laboratory ESSL. Diese Meldungen bieten für vielfältige Anwendungen an der ZAMG eine zusätzliche, so genannte alternative Datenquelle über die Auswirkungen (Impact) des Wetters am Boden in Echtzeit („Ground Truth“). Damit wird vor allem im operationellen Betrieb ein instantaner Feedback-Loop zwischen den ausgegebenen Wetterprognosen- und Warnungen sowie den resultierenden direkten Impact-Beobachtungen an Ort und Zeit durch Freiwillige ermöglicht. Auf diese Weise gelingt es im Idealfall, bereits ausgegebene Wetterwarnungen rasch anzupassen und so weiteren Unwetterschäden nach Möglichkeit entgegenzuwirken. Unser Beitrag gibt eine Übersicht über alle Module des Wettermelden-Systems der ZAMG. Einen wesentlichen Teil des Systems macht die Ausbildung der freiwilligen Wettermelder*innen im Rahmen des Trusted Spotter Network Austria TSN aus. Dieses Trainingsprogramm stellt die Qualität und Verlässlichkeit eingegangener Meldungen sicher, Meldungen von ausgebildeten Beobachter*innen sind gegenüber anonymen Meldungen gekennzeichnet und werden entsprechend gewichtet. Ebenso beleuchten wir die Bedeutung von wettermelden.at im Staatlichen Krisen- und Katastrophenschutzmanagement sowie der forensischen Meteorologie und der Klimaforschung. Um die Standardisierung der gemeldeten Wetter-Auswirkungen auch auf europäischer Ebene, beispielsweise mit anderen nationalen Wetterdiensten, sicherzustellen, engagiert sich die ZAMG im Rahmen der EUMETNET Crowdsourcing Working Group für einen verstärkten internationalen Austausch der menschlichen Impact- Meldungen.

How to cite: Krennert, T., Kaltenberger, R., and Schaffhauser, A.: Die Bedeutung menschlicher Wetter-Impact-Meldungen aus nationaler und internationaler Perspektive, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-299, https://doi.org/10.5194/dach2022-299, 2022.

10:45–11:00
|
DACH2022-77
Christiane Röper, Marcus Eichhorn, Christoph Geißler, and Stefan Struve

Das „Regionale Klimainformationssystem für Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen“ (ReKIS) ist ein deutschlandweit einmaliges Klima-Informationsportal. ReKIS nahm seinen Routinebetrieb 2012 auf. Das Angebot bietet von Klima- und Wetterdaten aller Wetterstationen im Gebiet der drei Bundesländer über generierte Rasterdaten der Beobachtungs- und Klimadaten der verschiedensten Klimasimulationen und –projektionen bis hin zu Klimawandelanpassungsoptionen eine breite Palette an Informationen an. Diese Informationen können im Informationsportal je nach Bedarf individuell angepasst und kostenlos heruntergeladen werden. Außerdem werden für die breite Öffentlichkeit interaktive Karten und Grafiken zu allen klimarelevanten Themen bereitgestellt. Seit 2021 stehen für jede einzelne Kommune der jeweiligen Bundesländer sogenannte Klimasteckbriefe zur Verfügung. Die Klimasteckbriefe enthalten die wichtigsten Fakten zu Temperatur und Niederschlag bis ins Jahr 2100 auf Basis des RCP8.5, zugeschnitten auf die Kommunen mit kurzen prägnanten Vorschlägen für Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel. Die Klimasteckbriefe sollen somit die Kommunen bei der Klimaanpassung unterstützen. Die Ergebnisse in den Klimasteckbriefen verwenden ein bereits bestehendes Ensemble, das als ein für Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen repräsentatives Kernensemble aus dem „ReKliEs-De“-Referenzensemble ausgewählt wurde. Dabei bleibt, bei Reduzierung der Modellläufe, die Bandbreite des Referenzensembles in den Klimaparametern unter Berücksichtigung der für Mittel- und Ostdeutschland typischen Klimaparameter erhalten. Das so entstandene Kernensemble für Mitteldeutschland bekam den Namen Mitteldeutsches Kernensemble (MDK). 

How to cite: Röper, C., Eichhorn, M., Geißler, C., and Struve, S.: Das Regionale Klimainformationssystem für Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen (ReKIS), DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-77, https://doi.org/10.5194/dach2022-77, 2022.

11:00–11:15
|
DACH2022-118
Lara Klippel, Stephanie Hänsel, Enno Nilson, Nils Schade, Anne-Farina Lohrengel, Carina Herrmann, and Ingo Hache

Eine Forschungsinfrastruktur in der Wetter- und Klimaforschung ist das BMDV-Expertenwerk, in welchem sich sieben Bundesoberbehörden aus dem Ressort des BMDVs in einem Forschungsnetzwerk zusammengeschlossen haben, um gemeinsam die Auswirkungen des Klimawandels und die Folgen von extremen Wetterereignissen auf den Verkehrssektor zu untersuchen.

Die Forschungen haben das Ziel Verkehre und Infrastrukturen der Bundesfernstraßen, Bundeswasserstraßen und des Bundesschienennetzes zu identifizieren, die heute und zukünftig negativ von Änderungen klimatischer Randbedingungen betroffen sind. Dazu nutzt das Netzwerk für alle Verkehrsträger einheitliche Datengrundlagen, Szenarienannahmen sowie Auswertemethoden und entwickelt (Impakt)-Modelle, um Wirkungszusammenhänge zwischen Klimawandel und Betroffenheit der Verkehrsinfrastruktur zu bewerten. Zu den untersuchten Klimawirkungen zählen u.a. die Themen Sturm/Sturmwurf, Starkregen/Sturzfluten, Hochwasser, Niedrigwasser, Trockenheit/Böschungsbrände, Erosion, Massenbewegungen und Meeresspiegelanstieg/Tidedynamik. Darüber hinaus werden Anpassungsmaßnahmen entwickelt, um die Resilienz der Verkehrsträger gegenüber dem Klimawandel zu erhöhen.

Die Forschungen sind sehr praxisnah ausgelegt, d.h. Bedarfe der Infrastrukturbetreibenden (z. B. Deutsche Bahn) fließen in die Konzeption von Forschungsfragen ein und entwickelte Produkte werden wiederum über operationelle Dienste (DAS-Basisdienst „Klima und Wasser“) oder auf direktem Wege den Betreibenden zur Verfügung gestellt.

Das BMDV-Netzwerk vereinigt die Expertisen der Behörden Bundesamt für Güterverkehr (BAG), Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), Deutscher Wetterdienst (DWD) und des Deutsche Zentrums für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahn-Bundesamt (DZSF/EBA). Den politischen Rahmen in Deutschland zur Anpassung des Verkehrssektors an den Klimawandel setzt die Deutsche Anpassungsstrategie (DAS) und das DAS-Handlungsfeld „Verkehr und Verkehrsinfrastruktur“.

How to cite: Klippel, L., Hänsel, S., Nilson, E., Schade, N., Lohrengel, A.-F., Herrmann, C., and Hache, I.: Das BMDV-Expertennetzwerk: Ressortforschung zur Anpassung von Verkehr und Infrastruktur an den Klimawandel und extreme Wetterereignisse, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-118, https://doi.org/10.5194/dach2022-118, 2022.

11:15–11:30
|
DACH2022-194
Martin Steinbacher, Christoph Hueglin, Stefan Reimann, Brigitte Buchmann, and Lukas Emmenegger

Im Unterschied zu Forschungsinfrastrukturen in anderen Disziplinen, zeichnen sich Forschungsinfrastrukturen für Umweltbeobachtungen in der Regel durch langfristige Messungen zahlreicher Parameter mit verschiedenen Instrumenten an unterschiedlichen Orten aus. Bodengestützte, atmosphärische Beobachtungen von Luftschadstoffen und Klimagasen können unterschiedliche Ziele verfolgen, wie zum Beispiel die Überwachung regulatorischer Massnahmen und die Einhaltung von Grenzwerten, die wissenschaftliche Untersuchung von Variabilitäten und Trends, die Validierung von Modellrechnungen und Satellitenbeobachtungen oder die Früherkennung von neu auftretenden Substanzen. Die Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung müssen nicht nur dem dezentralen Charakter der Beobachtungen Rechnung tragen, sondern auch sicherstellen, dass die der Fragestellung angepassten Datenqualitätsziele erreicht werden. Zusätzlich müssen Beobachtungen, die Teil von mehreren Messnetzen und Infrastrukturen sind, verschiedene Kriterien erfüllen, z.B. im Hinblick auf das Normal der Rückführbarkeit, die Präzision, aber auch bezüglich Dokumentation und Bereitstellung der Resultate in Datenbanken.

Die Präsentation gibt einen Überblick über die langfristigen Luftqualitätsmessungen in der Schweiz im Rahmen des Nationalen Beobachtungsnetzes für Luftfremdstoffe (NABEL), ihre Einbettung in das European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP), die Kooperation mit den europäischen Forschungsinfrastrukturen ICOS (Integrated Carbon Observation System) und ACTRIS (Aerosols, Clouds, and Trace gases Research Infrastructure Network), und die Zusammenarbeit in globalen Aktivitäten wie dem Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) zur kontinuierlichen Messung von klimawirksamen und ozonabbauenden Substanzen und dem von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) koordinierten Global Atmosphere Watch (GAW) Programm.

How to cite: Steinbacher, M., Hueglin, C., Reimann, S., Buchmann, B., and Emmenegger, L.: Operationelle in-situ Messungen von Luftschadstoffen und Klimagasen im nationalen und internationalen Kontext, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-194, https://doi.org/10.5194/dach2022-194, 2022.

11:30–11:45
|
DACH2022-264
Rainer Hollmann, Marc Schröder, Jörg Trentmann, Martin Stengel, Johannes Kaiser, and Nathalie Selbach

Das CM SAF (EUMETSAT Satellite Application Facility on Climate Monitoring) produziert, archiviert und stellt unter https://www.cmsaf.eu langjährige satellitenbasierte Klimadatensätze von vielen GCOS Essential Climate Variables (ECVs, essentielle Klimavariablen) bereit, die inzwischen auch die komplette aktuelle WMO Klimareferenzperiode 1990-2020 abdecken und damit eine gute Grundlage für die Analyse von Klimavariabilität und Klimawandel liefern. Seit 1999 hat das CM SAF kontinuierlich eine nachhaltige Infrastruktur zur Erzeugung von Klimadatensätzen aufgebaut, mit der Zeitreihen in hoher Qualität in einer operationellen Umgebung erzeugt werden, die auch aktuelle wissenschaftliche Entwicklungen berücksichtigen.

Der inhaltliche Fokus des CM SAF liegt auf ECVs, wie Wolken, Wasserdampf, Niederschlag, Landoberflächentemperatur oder der Strahlungskomponenten (langwellig/kurzwellig) am Erdboden und am Oberrand der Atmosphäre, die durch GCOS (Global Climate Observing System) definiert wurden und im Zusammenhang mit dem globalen Energie und Wasser Kreislauf stehen. Einerseits nutzt das CM SAF dazu polarumlaufende Satelliten mit einer globalen räumlichen Abdeckung. Andererseits werden vom CM SAF für Afrika und Europa, Klimadatensätze für Wolken und Strahlung  basierend auf den zeitlich hochaufgelösten Messungen der METEOSAT-Instrumente erzeugt.

Alle Daten des CM SAF werden kostenlos abgebeben, sind umfangreich dokumentiert und unabhängig extern begutachtet, um eine hohe Qualität zu gewährleisten. Dies wird unterstützt durch einen umfassenden Service für Kunden, indem beispielsweise Trainingsworkshops und andere Aktivitäten angeboten werden.

Diese Präsentation wird einen Überblick über die aktuellen und geplanten Aktivitäten des CM SAF geben und soll interessierten Nutzern durch beispielhafte Anwendungen den Umgang mit CM SAF Produkten verdeutlichen. Zudem werden zukünftige mögliche Anwendungen der Datensätze aufgezeigt. 

How to cite: Hollmann, R., Schröder, M., Trentmann, J., Stengel, M., Kaiser, J., and Selbach, N.: Satellitenbasierte Klimadatensätze und Produkte vom EUMETSAT’s CM SAF als Bestandteil einer nachhaltigen Infrastruktur zur Beobachtung der GCOS ECV‘s, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-264, https://doi.org/10.5194/dach2022-264, 2022.

11:45–12:00
|
DACH2022-104
Markus Ziese, Elke Rustemeier, Udo Schneider, and Peter Finger

Das Weltzentrum für Niederschlagsklimatologie (WZN, engl. Global Precipitation Climatology Centre (GPCC)) wurde 1989 auf Anfrage der World Meteorological Organization (WMO) beim Deutschen Wetterdienst (DWD) eingerichtet und befindet sich im operationellen Betrieb. Die Aufgabe des WZN ist das Sammeln, die Prüfung und Analyse von in-situ Niederschlagsmessungen weltweit.

Die von den Lieferanten bereitgestellten Daten kommen in verschiedenen Dateiformaten an. Diese unterscheiden sich nicht nur von Lieferant zu Lieferant, sondern auch von Lieferung zu Lieferung beim selben Lieferanten. Diese Dateien müssen in ein einheitliches Format gebracht werden, damit die Daten für die weitere Verarbeitung in eine relationale Datenbank importiert werden können. Sowohl beim Umformatieren als auch beim Einbringen in die Datenbank werden die Niederschlagsdaten und Stationsmetainformationen sorgfältig kontrolliert und, wo notwendig und möglich, korrigiert. Das Datenbankmodell erlaubt die parallele Speicherung der originalen und korrigierten Daten je nach Datenlieferant, was einen Vergleich der auf verschiedenen Wegen für eine Station gelieferten Daten ermöglicht. Auf Basis dieser qualitätsgeprüften Daten erzeugt das WZN verschiedene gerasterte Niederschlagsanalysen. Bei einigen dieser Analysen wird ein weiterer Schritt der Qualitätskontrolle bei der Extraktion der Daten aus der Datenbank eingefügt.

Um die vielen verschiedenen Nutzungsanforderungen an gerasterte Datensätze erfüllen zu können, erzeugt das WZN verschiede Analyseprodukte. Diese unterscheiden sich in der Aktualität der verfügbaren Daten, und damit einhergehend in der Stationsbasis, der durchgeführten Qualitätskontrolle und räumlichen und zeitlichen Auflösung.

Da das WZN nicht Eigentümer, sondern Nutzer der Daten, ist, stellt es nicht die Stationsdaten und Stationsmetadaten öffentlich zur Verfügung. Hingegen können die gerasterten Datensätze frei und ohne Registrierung genutzt werden. Es besteht die Möglichkeit, im Rahmen eines Gastaufenthalts beim WZN auch mit den Stationsdaten zu arbeiten.

In dem Beitrag wird auf den Aufbau, die Datenbasis und –prozessierung des WZN eingegangen und die verschiedenen verfügbaren Analyseprodukte werden mit Anwendungsbereichen vorgestellt. Einige der vorgestellten Analyseprodukte werden im Winter 2021/2022 in einer aktualisierten Version veröffentlicht.

How to cite: Ziese, M., Rustemeier, E., Schneider, U., and Finger, P.: Das Weltzentrums für Niederschlagsklimatologie (WZN) – globale Niederschlagsanalysen (nicht nur) für die Klimaforschung, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-104, https://doi.org/10.5194/dach2022-104, 2022.

Oral programme: Fri, 25 Mar | Hörsaal 3

Chairpersons: Corinna Rebmann, Claudia Schütze
DACH 7 - Session 3: Mobile Platforms and Campaigns
09:30–09:45
|
DACH2022-297
Daniel Fenner, Andreas Christen, Nektarios Chrysoulakis, Sue Grimmond, Fred Meier, Swen Metzger, William Morrison, and Dieter Scherer

In order to better understand dynamic interactions between a city and the regional atmospheric boundary layer, the 'urbisphere Berlin campaign' is being conducted during 2021-2022 in Germany within the ERC Synergy urbisphere grant. urbisphere aims to enhance understanding, forecasting, and projecting feedbacks between climate change and drivers of urban transformation. One foci is the development of the next generation of urban climate simulations with dynamic atmosphere-urban feedbacks.

A key aspect of urbisphere are comprehensive measurement campaigns in different cities. These involve undertaking high-quality research observations on urban effects for observation-based studies as well as for model development and evaluation. The Berlin campaign is investigating the dynamics of the atmospheric boundary layer within and beyond the city, and how the atmosphere dynamically responds to urban surface forcings, emissions, and human activity cycles from diurnal to an annual cycle. A dense network of ground-based remote sensing instruments (e.g. automatic lidars and ceilometers, doppler-wind lidars) for mixing-layer height detection within the city and along a rural-urban-rural transect, scintillometer paths for spatially averaged information on turbulent sensible heat flux, and radiation measurements for quantification of the influence of urban emissions, aerosols and clouds on downwelling radiative fluxes is deployed. Altogether, the additional observations supplement the existing Urban Climate Observatory (UCO) in Berlin to allow for a comprehensive and spatially detailed understanding of city-atmosphere interactions, and the effect of cities on downwind regions. This contribution provides an overview of the measurement campaign and gives first insights into collected data.

How to cite: Fenner, D., Christen, A., Chrysoulakis, N., Grimmond, S., Meier, F., Metzger, S., Morrison, W., and Scherer, D.: Dynamic interactions between city and atmospheric boundary layer – urbisphere Berlin campaign, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-297, https://doi.org/10.5194/dach2022-297, 2022.

09:45–10:00
|
DACH2022-249
Patric Seifert, Johannes Bühl, Martin Radenz, Ronny Engelmann, Holger Baars, Cristofer Jimenez, Jonas Witthuhn, Kevin Ohneiser, Audrey Teisseire, Majid Hajipour, Athina Floutsi, Annett Skupin, Birgit Heese, Andi Klamt, Albert Ansmann, Ulla Wandinger, Hartwig Deneke, and Andreas Macke

The large number of unsolved questions concerning the interaction between aerosol particles and clouds and corresponding indirect effects on precipitation and radiative transfer demand new measurement strategies and systems to resolve the atmospheric processes involved. Obtaining synergistic information about cloud and aerosol properties from multi–instrument and hence multi–sensor observations is a key approach to overcome the current lack of knowledge. Motivated by these needs, the mobile multi–instrument platform Leipzig Aerosol and Cloud Remote Observations System LACROS was set-up in 2011 by Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS). LACROS nowadays is the central component of a sophisticated framework of synergistic state-of-the-art measurement techniques and methodologies, embedded into an environment of comprehensive data management.

The current setup of LACROS comprises a set of state-of-the-art remote-sensing instruments such as a 35-GHz scanning polarimetric cloud radar, multi-wavelength polarization Raman lidars, Doppler lidar, micro rain radar, microwave radiometer, laser disdrometer, as well as sensors for direct and diffuse downwelling solar and terrestrial radiation. All instruments are installed within customized sea-freight containers. This ensures a highest-possible mobility of the whole set of instruments. LACROS is a central mobile exploratory platform of the European Union Aerosol, Clouds, and Trace Gases Research Infrastructure (ACTRIS, http://www.actris.net). A variety of ways for physical, remote, and virtual access to the LACROS capabilities are provided via the European Union project ATMO-ACCESS (https://www.atmo-access.eu).

LACROS measurements focus on three main tasks: (1) Investigation of mixed-phase cloud processes by exploiting co‐located remote-sensing observations of microphysical properties and radiative effects of aerosols and clouds and their interactions. (2) Instrument validation and development of algorithms and new measurement techniques for cloud and aerosol microphysics retrievals such as, i.e., dual‐field‐of‐view lidar to derive cloud droplet size information, or retrievals of aerosol microphysical properties from combined lidar and Sun photometer measurements. (3) Field deployments in key regions of atmospheric research, where the processes under investigation are already naturally constrained and observations can ideally be combined with in-situ observations or model simulations.

 

This contribution will present the current setup of LACROS and its recent deployments in Leipzig, the Netherlands, Cyprus and southern Chile, results of aerosol-cloud-interaction studies by means of both, case studies and multi-site long-term statistics, as well as an overview on the current and future involvement of LACROS in cal/val activities of new methods and satellite missions. 

How to cite: Seifert, P., Bühl, J., Radenz, M., Engelmann, R., Baars, H., Jimenez, C., Witthuhn, J., Ohneiser, K., Teisseire, A., Hajipour, M., Floutsi, A., Skupin, A., Heese, B., Klamt, A., Ansmann, A., Wandinger, U., Deneke, H., and Macke, A.: The Leipzig Aerosol and Cloud Remote Observations System LACROS  – a mobile infrastructure for aerosol-cloud-interaction observations at hot spots of atmospheric research , DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-249, https://doi.org/10.5194/dach2022-249, 2022.

10:00–10:15
|
DACH2022-126
Holger Baars, Alexander Geiß, Anne Martin, Josh Walchester, Elizaveta Basharova, Henriette Gebauer, Johannes Bühl, Martin Radenz, Patric Seifert, Ronny Engelmann, Athena Augusta Floutsi, Sebastian Bley, Boris Barja, Volker Lehmann, Ronny Leinweber, Alexander Cress, Martin Weissmann, Oliver Reitebuch, and Ulla Wandinger

Der ESA-Satellit Aeolus wurde im August 2018 mit dem Ziel gestartet, durch globale Messungen von Windprofilen die Wettervorhersage zu verbessern. Dazu hat Aeolus das High-Spectral-Resolution (HSR) Doppler-Lidar ALADIN (Atmospheric Laser Doppler Instrument) an Bord, welches es ermöglicht, vertikale Profile einer Windkomponente (West-Ost) aktiv zu messen. Diese Messungen werden inzwischen von mehreren Wetterdiensten assimiliert und es konnte ein positiver Einfluss auf die Vorhersagen gezeigt werden. Zusätzlich zu den Windprofilen können mit diesem Lidar auch Aerosol- und Wolkenprofile als Nebenprodukte gemessen werden. Es ist das erste Mal, dass so eine komplexe Technik vom Weltall aus zum Einsatz kommt und bedarf daher einer ausgiebigen Validierung.


Ein wichtiger Beitrag zur Validierung der Wind- und Aerosolprodukte von Aeolus wurde dabei in dem Kooperationsprojekt EVAA (Experimentelle Validierung und Assimilation von Aeolus-Beobachtungen) zwischen der Ludwig-Maximilians-Universität München, dem deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Deutschen Wetterdienst (DWD) sowie dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) geleistet. Anhand von bodengebundenen Wind- und Aerosol-Referenzmessungen als auch durch Radiosonden, konnten wichtige Erkenntnisse über den zeitlichen Verlauf sowie die Charakteristik des systematischen und zufälligen Fehlers der Aeolus-Beobachtungen gewonnen werden. Durch die Assimilation der Aeolus-Messungen im Wettermodell ICON des DWD, konnte ihr Einfluss auf die Wettervorhersage quantifiziert werden.


In diesem Beitrag wollen wir die Ergebnisse von unseren Langzeit-Vergleichsmessungen mit Radiosonden in Leipzig, Punta Arenas (Chile) und Radar-Windprofilern über Deutschland präsentieren und das Potential und die Grenzen von Aeolus diskutieren. Um die Verbesserung der Wettervorhersage durch die neuartigen Windbeobachtungen zu quantifizieren, wird ihr Einfluss im Wettermodell ICON demonstriert.


Zusätzlich werden wir einen Einblick in die Möglichkeiten der Aerosolprofilmessungen von Aeolus gegeben. Dazu wird als Beispiel der Transport von Rauchaerosol von den Bränden in Kalifornien im Jahre 2020 bis nach Mitteleuropa diskutiert. Damals waren große Mengen Rauch über Leipzig gemessen wurden, die für eine sichtliche Abschwächung des Sonnenlichts sorgten. Diese Rauchschwaden konnten sowohl von Aeolus als auch mit einem bodengebundenen Forschungslidar, genannt PollyXT, beobachtet werden und sind daher ein hervorragendes Beispiel, um die Potentiale von Aeolus bzgl. Aerosol- und Wolkenmessungen zu diskutieren.

How to cite: Baars, H., Geiß, A., Martin, A., Walchester, J., Basharova, E., Gebauer, H., Bühl, J., Radenz, M., Seifert, P., Engelmann, R., Floutsi, A. A., Bley, S., Barja, B., Lehmann, V., Leinweber, R., Cress, A., Weissmann, M., Reitebuch, O., and Wandinger, U.: EVAA – das deutsche Konsortium zur Validierung der Wind- und Aerosolprodukte des ESA Satelliten Aeolus: Fallbeispiele und Langzeitstudien, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-126, https://doi.org/10.5194/dach2022-126, 2022.

10:15–10:30
|
DACH2022-202
Andreas Behrendt, Peter Dietrich, Beate Escher, Thomas Feuerle, Philipp Gasch, Clarissa Glaser, Irena Hajnsek, Jan Handwerker, Frank Hase, Ralf Kiese, Dina Khordakova, Peter Knippertz, Martin Kohler, Michael Kunz, Matthias Mauder, Ottmar Möhler, Markus Ramatschi, René Reitter, Andreas Rettenmeier, Michael Rode, Christian Rolf, Harald Saathoff, Claudia Schütze, Stephanie Spahr, Florian Späth, Ute Weber, Andreas Wieser, and Jannik Wilhelm

Swabian MOSES 2021 ist eine hydro-meteorologische Messkampagne, die zwischen Mai und Oktober 2021 im Neckartal und auf der Schwäbischen Alb im Südwesten Deutschlands im Verbund von zehn deutschen wissenschaftlichen Einrichtungen und unter Beteiligung von über 30 Forschenden durchgeführt wurde. Im Fokus von Swabian MOSES 2021 stehen zwei Wetterextreme, die nicht nur für das Untersuchungsgebiet von großer Relevanz sind: Starkniederschläge durch hochreichende Konvektion (Gewitter) und Hitzewellen mit den damit verbundenen Trockenperioden. 

Mehrere heftige Unwetterereignisse, aber auch sogenannte "non cases", bei denen trotz guter prä-konvektiver Bedingungen keine Gewitter entstanden, lieferten einen umfangreichen Datensatz. Mit diesem lässt sich die gesamte Ereigniskette abbilden: von der Entstehung hochreichender Konvektion über die Intensivierung und den Zerfall der Gewittersysteme, die Dynamik der damit verbundenen Begleiterscheinungen (z.B. Starkregen, Hagel, Windböen) bis hin zu Abflüssen und Schadstoffeinträgen in Fließgewässern sowie zum Wasserdampftransport in die untere Stratosphäre. Eine Hitzewelle mit Dürreepisoden hat sich dagegen nicht eingestellt.

Swabian MOSES 2021 ist Teil der Implementierungsphase von MOSES (Modular Observation Solutions for Earth Systems), einem Beobachtungssystem, das vom Forschungsbereich "Erde und Umwelt" der Helmholtz-Gemeinschaft entwickelt wird. Die Koordination von MOSES liegt beim Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. Federführendes Institut bei Swabian MOSES 2021 ist das Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), welches sein mobiles integriertes Atmosphärenbeobachtungssystem KITcube als größte Messinfrastruktur einbrachte. Insgesamt wurden an über 20 Standorten im Untersuchungsgebiet in situ und Fernerkundungssysteme wie z.B. Regen- und Wolkenradar, Aerosolmessgeräte, Wasserprobenahmesysteme, ein Infraschallsensor, Energiebilanz- und Eddy-Kovarianz-Stationen, Wolkenkameras, eine Station für Ballonsondierungen sowie Netzwerke aus Windlidaren, Niederschlags-, Hagel- und Bodenfeuchtesensoren von den Projektbeteiligten installiert und betrieben. Zum Messkonzept gehörten zudem die Forschungsflugzeuge D-ILAB, D-IBUF und D-CFFU, der UFZ-Rover zur Messung der Bodenfeuchte mittels Neutronensensoren und kleine Schwarmsonden, die ein Team aus "Gewitterjägern" im unmittelbaren Vorfeld von Gewittern startete. 

Präsentiert werden zum einen das Konzept des interdisziplinären Forschungsprojekts und die abgestimmten Messstrategien der verschiedenen beteiligten Gruppen. Zum anderen wird ein Überblick über die zugrundeliegenden wissenschaftlichen Fragestellungen und Ziele gegeben und diese anhand erster Messergebnisse veranschaulicht. Zu den Fragestellungen und Zielen, die auch die Standorte der Messgeräte bestimmten, gehören unter anderem die Rolle der topografischen Strömungsmodifikation auf die Gewitterauslösung sowie der Einfluss von Aerosolpartikeln (z.B. Saharastaub) auf die Veränderung der atmosphärischen Stabilität und die Entstehung konvektiver Zellen. Weiterhin erlaubt das dichte Messnetz die Untersuchung der Inhomogenität von Starkregen, Hagel und Bodenfeuchte bei konvektiven Ereignissen. Wie der Einsatz der teils neuartigen mobilen Messsysteme zeigt, nimmt neben den inhaltlichen hydro-meteorologischen Forschungsfragen auch die (Weiter-)Entwicklung neuer Messtechniken einen wichtigen Platz in der Messkampagne ein. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf die geplante Folgekampagne im Jahr 2023 gegeben, an der weitere Forschungspartner teilnehmen können.

How to cite: Behrendt, A., Dietrich, P., Escher, B., Feuerle, T., Gasch, P., Glaser, C., Hajnsek, I., Handwerker, J., Hase, F., Kiese, R., Khordakova, D., Knippertz, P., Kohler, M., Kunz, M., Mauder, M., Möhler, O., Ramatschi, M., Reitter, R., Rettenmeier, A., Rode, M., Rolf, C., Saathoff, H., Schütze, C., Spahr, S., Späth, F., Weber, U., Wieser, A., and Wilhelm, J.: Swabian MOSES 2021 - Eine Messkampagne zur Untersuchung hydro-meteorologischer Extreme und deren Folgen in Baden-Württemberg, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-202, https://doi.org/10.5194/dach2022-202, 2022.

10:30–10:45
|
DACH2022-41
José Carlos de Araújo, Lucas Melo Vellame, Armin Raabe, and Quirijn de Jong van Lier

The Brazilian semiarid region (one million km²) is densely populated (25 million inhabitants), but its natural water availability is low. Despite the fact that evaporative processes are key to the regional water deficit, the actual evapotranspiration of natural environment has rarely been measured, especially in the native Caatinga dry forest. We hereby propose a simple method that demands the monitoring of five meteorological variables: relative humidity, global radiation, canopy and air temperature, as well as wind speed. These values are used to assess leaf energy balance, yielding net radiation (Rn) and actual evapotranspiration (LE). To estimate the actual Caatinga evapotranspiration under natural conditions and in different seasons, the proposed method was applied in situ during nine months. The application site was the Aiuaba Experimental Basin, situated in an environmental protection area in the North-eastern Brazil. The method provided consistent results when compared with independent measurements, such as atmospheric demand, leaf area, and soil water content variation. Results indicate that the daily average net radiation is 12 MJ m-². During the dry season, the actual evapotranspiration is very low, with negligible LE/Rn ratio. Contrastingly, in the rainy season, it raises to 6 mm per day, with average LE/Rn ratio equalling 0.89. The results show that the actual evapotranspiration in the Caatinga long-lasting dry season (up to nine months per year) is controlled by the water availability in the soil.

How to cite: de Araújo, J. C., Vellame, L. M., Raabe, A., and de Jong van Lier, Q.: Evapotranspiration measurements in the Brazilian Caatinga dry forest, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-41, https://doi.org/10.5194/dach2022-41, 2022.

10:45–11:00
|
DACH2022-237
Kristina Lundgren, Felix Ament, Cathy Hohenegger, Frank Beyrich, Ulrich Löhnert, Martin Göber, Henning Rust, Mirjana Sakradzija, Ivan Bastak-Duran, Matthieu Masbou, and Annika Jahnke-Bornemann

Die FESSTVaL-Messkampagne (Field Experiment on sub-mesoscale spatio-temporal variability in Lindenberg) wurde im Sommer 2021 als eine große Kooperation mit gut zwei Dutzend Forschenden in der Umgebung des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg des Deutschen Wetterdienstes durchgeführt. Im Rahmen des Projektes stehen sommerliche Wetterereignisse im Fokus, um die Entstehung von „Cold Pools“ und Windböen in der konvektiven Grenzschicht sowie deren Wechselwirkung besser zu verstehen. Aufgrund der kleinskaligen Natur dieser Wetterphänomene, können sie nur bedingt von konventionellen Bodenmessungen erfasst werden, können aber nichts-desto-trotz großen Schaden anrichten. Einzigartig für diese Kampagne ist daher die hohe Dichte der durchgeführten Bodenmessungen mit über 100 bodennahen Messungen hinsichtlich Temperatur und Druck und 20 automatischen Wetterstationen sowie ein dichtes Bodenfeuchtemessnetz. Ein X-Band Radar und mehrere Energiebilanzstationen wurden ebenfalls eingesetzt. Des Weiteren wurden in Kooperation mit externen Partnern am KIT und DLR neun Doppler-Lidar-Systeme für Messungen des Windprofils und von Turbulenzvariablen bis in mehrere Kilometer Höhe koordiniert getestet. Durch ein Messnetz von vier Mikrowellenradiometern und weiteren „Profilern“ wurden thermodynamische Eigenschaften der Grenzschicht sowie von Wolken und Niederschlag gemessen. Zusätzlich dazu wurden Messflüge mit unbemannten und ferngesteuerten Flugzeugen durch die Universität Tübingen und das DLR durchgeführt, um weitere Informationen in der Vertikalen zu erzielen und um die bodengebundene Fernerkundungssysteme zu evaluieren.

Als Ergänzung zu diesen Messungen wird im Rahmen des Projektes der Informationsgewinn durch ein Citizen Science Messnetzes untersucht. Die Messungen werden außerdem durch hoch-aufgelöste large-eddy Simulationen (ICON-LES) ergänzt. Die Ergebnisse des Projektes sollen unter anderem dazu dienen, die Darstellung solcher kleinskaligen Prozesse in der numerischen Wettervorhersage zu verbessern und neue Messstrategien zu definieren. Die Datenprodukte der Kampagne werden unter dem FAIR-Prinzip behandelt und werden über einer Plattform am Integrated Climate Data Center der Universität Hamburg zur Verfügung gestellt. Dieser Beitrag wird die Messstrategie von FESSTVaL näher beleuchten, erste Erkenntnisse und Ergebnisse zusammenfassen sowie einen Einblick in die Datenverfügbarkeit und deren Verwertungsperspektive geben.

How to cite: Lundgren, K., Ament, F., Hohenegger, C., Beyrich, F., Löhnert, U., Göber, M., Rust, H., Sakradzija, M., Bastak-Duran, I., Masbou, M., and Jahnke-Bornemann, A.: FESSTVaL: Field Experiment on sub-mesoscale spatio-temporal variability in Lindenberg – Übersicht der Messkampagne und erste Ergebnisse, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-237, https://doi.org/10.5194/dach2022-237, 2022.

Chairperson: Andreas Petzold
DACH 7 - Session 4: Instruments and Algorithms
11:30–11:45
|
DACH2022-228
Hasan Mashni, Yann-Georg Buechau, Jakob Boventer, Martin Schön, Serg Van-der-poel, Vasileios Savvakis, Andreas Platis, and Jens Bange

Die Fähigkeit, CO2- und andere Gasemissionen zu reduzieren, um die globalen Emmisionsziele und Luftqualitätsstandards einzuhalten, erfordert auch die räumlich und zeitlich möglichst hoch auflösende Messung der Gasquellen und -senken sowie die Gastransportmechanismen.

Satellitengestützte Fernerkundungen sind in der Regel räumlich nur grob auflösend, dies betrifft insbesondere bodennahe Vertikalprofile. Auch die Erfassung der zeitlichen Variabilität durch Satelliten ist limitiert, da eine große Anzahl von Satelliten notwendig ist, um einen Tagesgang vollständig zu erfassen. Je nach Sensorsystem können Satelliten nur Messungen während des Tages durchführen, da die Sensoren auf die Rückstreuung der Infrarotstrahlung der Sonne angewiesen sind. Bodengestützte Gasfernerkundung wiederum ist stationär gebunden und auch in der räumlichen Auflösung limitiert, wenn der Einfluss von turbulenten Prozessen und Transport untersucht werden soll.

Eine Lösung zur Schließung dieser Datenlücke können in-situ Messungen mittels unbemannter Flugssysteme (UAS) sein, auch um zusätzlich zu stationären Bodenmessungen Gasverteilung und Konzentrationen räumlich aufgelöst in der unter Atmosphäre zu messen. Besonders der Einsatz von Starrflügler UAS ermöglicht - im Vergleich zu den heute vielfach verwendeten Multikopter UAS - längere Flugzeiten und Reichweiten bei nur geringen Störungen des Strömungsfeld bzw. der gemessenen Gasvolumina.

Die vorliegende Studie präsentiert ein leichtes, kleines, kostengünstiges NDIR-CO2-Sensors-System für den universellen Einsatz an Bord von Starrflügel UAS. Der Gassensor ist in ein aerodynamisches Gehäuse integriert, der sog. "Egg-Pod", welches mittels additiver Fertigung (hauptsächlich in handelsüblichen 3D Druckern) hergestellt wird. Das Gehäuse ist so konzipiert, dass dessen Form als passive Pumpe und Gasmesskammer während des Fluges fungiert. Der kostengünstige Ansatz (von Sensor und Gehäuse) lässt sich vor allem durch seinen einfachen Aufbau auf andere mobile Plattformen übertragen und ist für weitere Gassensorik skalierbar. Zur Charakterisierung unseres hier vorgestelltem Messsystems wurde der nächtliche CO2-Schichtungseffekt vermessen. Der nächtliche, bodennahe Aufbaueffekt von CO2 aufgrund der Bodenabkühlung bei Strahlungswetterlagen und der dabei auftretende räumliche Gradient wurde genutzt, um das Auflösungsvermögen des Systems zu charakterisieren. Hierzu wurden Flugmessungen mit den CO2 Messungen auf dem Messturm des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg - Richard Aßmann-Observatorium (Deutscher Wetterdienst DWD) verglichen. 

How to cite: Mashni, H., Buechau, Y.-G., Boventer, J., Schön, M., Van-der-poel, S., Savvakis, V., Platis, A., and Bange, J.: Kleines und leichtes Gasmesssystem für unbemannte Starrflügler-Forschungsflugzeuge, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-228, https://doi.org/10.5194/dach2022-228, 2022.

11:45–12:00
|
DACH2022-86
|
ys
Tobias Böck, Bernhard Pospichal, and Ulrich Löhnert

The atmospheric boundary layer (ABL) is the most important under-sampled part of the atmosphere. ABL monitoring is crucial for short-range forecasting of severe weather within highly resolving numerical weather predictions (NWP). Top-priority atmospheric variables for NWP applications like temperature (T) and humidity (H) profiles are currently not adequately measured. Ground-based microwave radiometers (MWRs) like HATPRO (Humidity And Temperature PROfiler) are particularly well suited to obtain such T-profiles in the ABL as well as coarse resolution H-profiles. It has been shown by previous studies that the assimilation of MWR observations is beneficial for NWP models, however MWR data are not yet routinely assimilated into operational NWP. The HATPRO measures in zenith and other angles throughout the troposphere over an area with ~10 km radius and has a temporal resolution on the order of seconds. Measured brightness temperatures (TB) are used to retrieve the T- and H-profiles. Path integrated values IWV (Integrated Water Vapor) and LWP (Liquid Water Path) are quite reliable with excellent uncertainties up to 0.5 kg/m2 and 20 g/m2, respectively.

Driven by the E-PROFILE program, a business case proposal was recently accepted by EUMETNET to continuously provide MWR data to the European meteorological services. Also, the European Research Infrastructure for the observation of Aerosol, Clouds, and Trace gases (ACTRIS) and the European COST action PROBE (PROfiling the atmospheric Boundary layer at European scale) currently focus on establishing continent-wide quality and observation standards for MWR networks for research as well as for NWP applications. The German Weather Service (DWD) also investigates the potential of HATPRO networks for improving short-term weather forecasts over Germany.

For all this it is important to obtain an overview of what HATPROs are capable of in regard to their measurement uncertainty. This was done by conducting coordinated experiments at JOYCE (Jülich Observatory for Cloud Evolution) and the FESSTVaL (Field Experiment on Submesoscale Spatio-Temporal Variability at Lindenberg) campaign in 2021 within a prototype MWR network. The goal is to develop a standard procedure for error characterization that can be applied to any HATPRO network instrument (guidance for operators).

Important error components are absolute calibration errors (biases), drifts (instrument stability, leaps between calibrations), radiometric noise and also location specific radio frequency interferences (RFI). For the absolute calibration with liquid nitrogen, the repeatability, the integration time and the time between calibrations are essential. Differences between consecutive calibrations are analysed, the right duration of a calibration and the right amount of time between calibrations are proposed, referring to the magnitude of the observed drifts. For the determination of noise levels for each channel, covariance matrices (correlated noise) of measured brightness temperatures on the cold- and hotload references are presented. RFI are detectable via clear-sky azimuth- and/or elevation scans.

How to cite: Böck, T., Pospichal, B., and Löhnert, U.: Uncertainty Assessment for HATPRO Microwave Radiometer Measurements and Calibrations, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-86, https://doi.org/10.5194/dach2022-86, 2022.

12:00–12:15
|
DACH2022-197
|
ys
Ines Weber, Andreas Platis, Kjell zum Berge, Martin Schön, Jakob Boventer, Bughsin Djath, Johannes Schulz-Stellenfleth, and Jens Bange

Das unbemannte Luftfahrtsystem (UAS) "Meteorological Airborne Sensor Carrier (MASC)" wird an der Universität Tübingen entwickelt und für meteorologische in-situ Messungen turbulenter Größen (Wind, Temperatur, Feuchte) und von Aerosolpartikeln in der unteren Atmosphäre genutzt. Die neueste UAS-Generation, MASC-V, wurde im September 2021 erstmals für Offshore Windmessungen außerhalb der Sichtweite eines Fernpiloten eingesetzt. MASC-V wurde in Zusammenarbeit mit der Firma ElevonX d.o.o. entwickelt und trägt das gleiche meteorologische Messsystem, wie das bewährte UAS MASC-3. Im Gegensatz zu MASC-3 ist MASC-V ein VTOL-UAS, es kann vollautomatisch senkrecht starten und landen und im Flächenflug weite Strecken von mehr als 100 Km zurücklegen. Dazu kommt ein Sicherheitskonzept mit zusätzlichen Redundanzen, insbesondere bei den Telemetriesystemen. Das neue Betriebskonzept schafft die Grundlagen die Betriebserlaubnis außerhalb der Sichtweite des Fernpiloten in der gesamten europäischen Union.
Nach der Systemvalidierung mithilfe eines meteorologischen Messturms am Observatorium Lindenberg des Deutschen Wetterdienstes wurde MASC-V für die Validierung von Windmessungen aus Satellite Synthetic-Aperture Radar Daten vom 13. bis 24. September 2021 über der Nordsee von der Hochseeinsel Helgoland am Testzentrum für maritime Technologien in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung eingesetzt. Synthetic-Aperture Radar Satellitendaten der Sentinel 1 - Formation können detaillierte Informationen über das Oberflächenwindfeld liefern. Die flächendeckende Validierung dieser Ergebnisse mit konventionellen Messmethoden ist schwierig, da in den geforderten niedrigen Höhen (unter 30 m) nur stationäre Messungen (Messtürme, Bojen) möglich sind, oder räumliche Messungen mit bemannten Messflugzeugen nur in größeren Höhen durchgeführt werden können. MASC-V kann dieses Anforderungsprofil erfüllen, da es große Messgebiete im Tiefflug in kurzer Zeit abdecken kann und keine Start- und Landebahn benötigt. Die neuen UAS-Messungen von Helgoland liefern nicht nur die erste flächendeckende Validierung einer SAR-Windmessung. Sie zeigen auch das Potenzial von UAS, die in einem Gelände ohne Start-und Landeinfrastruktur, außerhalb der Sichtweite betrieben werden können, für meteorologische Messungen auf Skalen von mehreren 10 Km oder für vertikale Sondierungen der Atmosphäre von bis einigen Kilometern über Grund.

How to cite: Weber, I., Platis, A., zum Berge, K., Schön, M., Boventer, J., Djath, B., Schulz-Stellenfleth, J., and Bange, J.: Der Multi-Purpose Airborne Sensor Carrier MASC-V, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-197, https://doi.org/10.5194/dach2022-197, 2022.

12:15–12:30
|
DACH2022-209
|
ys
Markus Kayser, Eileen Päschke, Carola Detring, Volker Lehmann, Frank Beyrich, and Ronny Leinweber

Fibre-optic based Doppler wind lidars (DL) are widely used for both meteorological research and in the wind energy sector. These compact systems are able to retrieve vertical profiles of kinematic quantities, such as mean wind, from the atmospheric boundary layer as well as from optically thin cloud layers in the free troposphere with high spatio-temporal resolution. It is therefore likely that especially short-term forecasting would benefit from assimilating these data. However, their potential is currently not yet employed operationally.

As part of DWD's effort to evaluate ground-based remote sensing systems for their operational readiness, called "Pilotstation", we developed a software client (DL-client) that standardizes the processing of mean wind based on the Velocity Azimuth Display method. Results of a long-term assessment of DLs at the Meteorological Observatory Lindenberg, starting in 2012, show that the DL-client assures a high quality Level-2 product, which is compatible with the EUMETNET's E-PROFILE observation program. We verified the retrieved mean wind speed and direction with the help of independent reference data from a 482 MHz radar wind profiler and 6-hourly radiosonde ascents. Hence, the DL-client not only facilitates processing and archiving of the DL data, but also forms a basis for operational network deployment and data assimilation. Furthermore, through speeding up and standardizing the data processing, the individual users can concentrate on more advanced scientific data analyses.

Finally, the software is freely accessible and will be continuously improved to account for different scanning strategies. Its modular build-up of processing steps offers the possibility to extend the list of products with additional retrievals, e.g. for turbulent kinetic energy and wind gusts, which are currently under development at Lindenberg.

How to cite: Kayser, M., Päschke, E., Detring, C., Lehmann, V., Beyrich, F., and Leinweber, R.: Standardized Doppler lidar processing for operational use in a future network, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-209, https://doi.org/10.5194/dach2022-209, 2022.

12:30–12:45
|
DACH2022-260
Bernhard Pospichal, Marcus Müller, and Stefan Kneifel

Die Messung des 3D-Windprofils erfordert – abgesehen von in-situ Messungen – ein aktives Fernerkundungsverfahren (meist Radar oder Lidar), welches mit geneigten Strahlen unter verschiedenen, mindestens drei Azimutwinkeln Pulse ausstrahlt („Doppler beam swinging“). Aus den gemessenen Doppler-Radialgeschwindigkeiten entlang der Strahlen kann dann das dreidimensionale Windfeld abgeleitet werden. Dies ist nur möglich, sofern Partikel vorhanden sind, die bei der gegebenen Wellenlänge ein Rückstreusignal erzeugen.

Bereits seit mehreren Jahrzehnten sind Radar-Windprofiler im Einsatz, die bei Wellenlängen zwischen 50 und 1000 MHz arbeiten und mittels Bragg-Streuung an Fluktuationen des Brechungsindex ein Rückstreusignal erhalten. Durch die lange Wellenlänge sind große Antennen erforderlich, was dazu führt, dass die Geräte nicht flexibel einsetzbar sind.

Innerhalb des Netzwerks der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Cloud and Trace Gas Research Infrastructure) sind mehrere Standorte für Wolkenbeobachtungen mit einem scannenden Wolkenradar und einem Doppler-Windlidar ausgestattet, die auch zur Beobachtung von Windprofilen in der Troposphäre herangezogen werden können. Diese Messgeräte ergänzen sich, da das Lidar besonders in der Grenzschicht bzw. unterhalb von Wolken messen kann. Das Wolkenradar hingegen liefert Signale hauptsächlich aus Wolkenschichten, von welchen das Lidar aufgrund der starken Extinktion der Strahlung in Wolken keine Information erhält. Zusätzlich können beim Wolkenradar in der warmen Jahreszeit auch Insekten als Tracer verwendet werden, die häufig bis in Höhen von 3-4 km beobachtet werden können. 

Diese Präsentation zeigt anhand von Beobachtungen über mehr als zwei Jahre an der Messplattform JOYCE (Jülich Observatory for Cloud Evolution) eine neue Methode zur Kombination der Windprofile aus Wolkenradar und Lidar. Neben einer Betrachtung der Genauigkeit, sowie möglicher Fehlerquellen, werden auch die generellen Bedingungen für die Anwendung der Methode diskutiert. Es werden Anwendungsbeispiele gezeigt, wie diese kombinierten Windprofile zur Validierung von Satellitenbeobachtungen (z.B. Aeolus) oder zur Evaluation von atmosphärischen Modellen genutzt werden können. 

 

How to cite: Pospichal, B., Müller, M., and Kneifel, S.: Beobachtung von Windprofilen mittels Wolkenradar und Dopplerlidar , DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-260, https://doi.org/10.5194/dach2022-260, 2022.

12:45–13:00
|
DACH2022-188
Christine Knist, Markus Kayser, Felix Lauermann, Moritz Löffler, Volker Lehmann, and Raisa Lehtinen

Convective-scale forecasts require more detailed and continuous observational data of thermodynamic profiles and wind profiles in the atmospheric boundary layer (ABL) than currently provided. In order to meet these data requirements in the future, DWD evaluates various surface remote sensing systems targeted on ABL-profiling for routine network operation.

One of the candidate systems in operation at the Observatory Lindenberg is a new pre-production broadband DIAL from Vaisala. DIAL instruments are well-established in research activities, but this instrument is developed for operationally providing water vapor profile observations in the ABL during all weather conditions. We present evaluation results of the DIAL’s operational performance regarding the quality of the water vapor profiles and report on its ability to monitor sub-grid scale processes, such as convection and associated weather phenomena. This includes comparisons with radiosounding observations (4 per day) over at least one year of continuous observations and additional comparisons with Raman lidar for a three-month period during summer 2021. Furthermore, we provide observation-minus-background statistics between the DIAL and the ICON limited area model (ICON-LAM) to evaluate the model performance, e.g. under convection, and to identify observational error sources.

This contribution provides knowledge regarding the operational viability of the new pre-production broadband DIAL, its value for monitoring water vapour profiles 24/7 and ABL processes for future model applications.

How to cite: Knist, C., Kayser, M., Lauermann, F., Löffler, M., Lehmann, V., and Lehtinen, R.: Assessment of a Broadband Differential Absorption Lidar (DIAL) for use in a ground-based measurement network, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-188, https://doi.org/10.5194/dach2022-188, 2022.

Poster programme: Wed, 23 Mar, 14:00–16:00 | Foyer

Chairpersons: Elke Ludewig, Corinna Rebmann, Ulla Wandinger
P33
|
DACH2022-26
|
ys
Christian Ihrig and Sascha Henninger

Der vom Menschen verursachte Klimawandel beeinflusst sowohl langfristige Klimaprozesse, als auch das aktuelle, kurzfristige Wettergeschehen in allen Regionen der Erde. Er äußert sich in einer Vielzahl an Phänomenen, die sich je nach Klimagebiet unterschiedlich manifestieren lasssen oder auch unterschiedliche Auswirkungen mit sich bringen. Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit dem Wasserhaushalt von Weinreben im Rahmen des rezenten Klimawandels. Ziel des Projektes ist es eine meteorologisch-hydrologische Messmethoden zu generieren, die auf alle Weinbauregionen in Rheinland-Pfalz übertragen werden kann, um Winzer*innen die Möglichkeit zu eröffnen, auf natürlicher Art und Weise der Rebe Wasser zugänglich zu machen.

Durch die Zunahme abiotischer Schäden (z.B. Niederschlag) und die Veränderung der Vegetationszeit sowie die Zunahme invasiver Schaderreger ist vermehrt eine Steigerung der Vulnerabilität des Ökosystems „Wingert“ zu erkennen. Winzer*innen werden aufgrund der Zunahme von Extremwetterereignissen (Hitze-/Dürrephasen) zur langfristigen Bewässerung ihrer Weinbauflächen gezwungen. Große Mengen Wasser werden vereinzelt in Weinbergsregionen gepumpt, was langfristig hinsichtlich eines sinkenden Grundwasserspiegels einen fatalen Fehler darstellt. Die ressourcenschonende Gestaltung des Wasserhaushaltes sollte daher in den Mittelpunkt der Weinbauforschung gestellt werden. Weinbauer*innen sind an regional-/ lokalklimatischen Lösungsmöglichkeiten und Anpassungsstrategien interessiert, um Risiken für die Anbaufrucht reduzieren und auf die lokalklimatischen Auswirkungen des Klimawandels reagieren zu können. Um gegen dieses Risiko anzugehen und den Produktionsausfall zu minimieren, muss die Anpassungsfähigkeit in Sachen Wasserhaushalt der Reben bekräftigt werden. Demzufolge wird das Mikroklima in der Weinbauregion Rheinhessen mittels des Einsatzes der Scholander-Druckkammer untersucht. Die Bestimmung des Wasserstatus hinsichtlich der exakten Bewässerungssteuerung von Weinreben hat sich durch das frühmorgendliche und mittägliche Wasserpotential (Ψ) bewährt. Physiologische Prozesse, wie die stomatäre Leitfähigkeit der Blattschließzellen sowie das vegetative Wachstum, aber auch die Photosynthese, sind direkt oder indirekt an Ψ gekoppelt. Darüber hinaus lässt sich der Wasserhaushalt durch ein an Trockenstandorten angepasstes Bodenpflegesystem, wie zum Beispiel einer Bodenabdeckung mittels Holzhäcksel, deutlich verbessern. Des Weiteren wird das Mikroklima im Weinberg durch die Laubwandstruktur mitbestimmt, was durch eine gesteigerte Photosyntheseleistung der Laubwand, eine optimale Belüftung und Belichtung gewährleistet wird. Im praktischen Weinbau wird dies durch die Höhe der Laubwand realisiert. Die Landmaschinenbranche entwickelt bereits heute alternative Arbeitsgeräte, die eine Möglichkeit darstellen, dem Wuchs des Unkrautes im Unterstockbereich entgegenzuwirken. Als Versuchsvarianten dienen vier Variationen, um abgrenzbare und eindeutige Ergebnisse erzielen zu können (V1: Tropfbewässerung; V2: Unterstockabdeckung Holzhäcksel; V3: Flächendeckende Holzhäcksel; V4: Kontrollvariante).

Daher ist es von gesteigertem Interesse zu analysieren, inwiefern sich eine Bodenabdeckung im Unterstockbereich von einer flächendeckenden bzw. moderaten Tropfbewässerung in Flachlage unterscheidet. Möglichkeiten zur Reduzierung des Wasserverbrauchs und zur Reifeverzögerung (Verminderung des Botrytisbefalls, Verlängerung der Reifedauer, Vermeidung eines zu hohen Alkoholgehaltes) durch eine kürzere Laubwandhöhe beim Riesling in Flachlage sollen in diesem Projekt erprobt werden.

How to cite: Ihrig, C. and Henninger, S.: „[Halb]-trocken im Unterstockbereich?“Entwicklung einer meteorologisch-hydrologischen Messmethode im Weinbau als Anpassungsstrategie an den Klimawandel sowie für eine nachhaltige Wassernutzung., DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-26, https://doi.org/10.5194/dach2022-26, 2022.

P34
|
DACH2022-45
|
ys
Gláuber Rodrigues, Armin Raabe, Lucas Vellame, José Carlos de Araújo, and Peter Holstein

The Brazilian semiarid region covers about 1 million km² and is characterised by irregular rainfall and high potential evaporation (above 2000 mm per year of water loss). To overcome the lack of water, the population depends on man-made reservoirs, which are the main source of water during the dry season (8 months of the year). In the federal state of Ceará there is on average one dam every 5 km, totalling more than 20,000. It is, therefore, noteworthy how the accurate estimation of evaporation would improve the management of scarce water resources. Moreover, climate change scenarios predict impacts on water availability in this region and better accuracy in evaporation assessments are fundamental to foster such simulations, which itself works at an intra-day time resolution. We suggest the most precise measurements possible, close to the lake and preferably on top of the water body. We used between October-December 2019 two direct measurement sensors in floating pans on the reservoir. A newly developed one based on the echo sounder principle and a standard differential pressure meter. Both show that at the reservoir more than 6 mm evaporate per day on average in the dry period. Uncertainty analyses for a single measurement show good performance of the acoustic sensor (± 0.11 mm) compared to the standard sensor (± 0.6 mm), sensitive enough to record the daily course of evaporation. The field measurements show 3.7% of uncertainty comparing the acoustic sensor with the standard pressuremeter. The minimum number of measurements with the acoustic sensor to obtain such uncertainty is 307. In this case, for 1h step, the uncertainty is 1.1%. The wave movement caused by wind influences the quality and frequency of the measurement. These results serve as a basis for future approaches to assess spatial variation of evaporation and wind on the lake. This might highlight the minimal number of instruments needed to solve the issue of spatial variability of evaporation.

How to cite: Rodrigues, G., Raabe, A., Vellame, L., de Araújo, J. C., and Holstein, P.: Uncertainty assessment of open water evaporation measurements: case study in a tropical reservoir in Brazil, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-45, https://doi.org/10.5194/dach2022-45, 2022.

P35
|
DACH2022-142
|
ys
Saskia Jung, Ines Weber, Andreas Platis, and Jens Bange

Für Wind- und Turbulenzmessungen an Bord unbemannter Luftfahrzeugsysteme (unmanned aerial systems, UAS) werden bisher häufig Mehrlochsonden (MLS) eingesetzt. In einer Fast-Response Sonde (FRS) werden im Gegensatz zu konventionellen MLS die Drucksensoren innerhalb des Sondenkörpers platziert, was zu kürzeren Druckleitungslängen, und somit zu schnelleren Reaktionszeiten führt. Mit dieser Methode wurden in Windkanalanwendungen Messfrequenzen im kHz-Bereich demonstriert. Eine Messung in der atmosphärischen Grenzschicht mit höherer Auflösung kann die Erfassung turbulenter Flüsse oder kleinskaliger Turbulenz, wie zum Beispiel Blattspitzenwirbel von Windradflügeln, verbessern. Auch kann die Datengrundlage für direkte numerische Simulationen geschaffen werden.
Zu Erprobungszwecken wurde eine FRS als zusätzliche Komponente in das Sensorsystem des UAS vom Typ MASC-3 der Universität Tübingen integriert und Validierungsmessungen durchgeführt. Hierfür wurde eine spezielle Doppel-Sonden-Konfiguration entwickelt, die sowohl die FRS als auch die bisher in MASC-3 verwendete konventionelle MLS integriert. Es wurden umfangreiche Windkanaltests, sowie Druck-, Geschwindigkeits- und Strömungswinkelkalibrierungen durchgeführt. Flugmessungen in der atmosphärischen Grenzschicht unter stabilen Bedingungen mit schwacher Turbulenz ergaben, dass Mittelwerte und Varianzen der dreidimensionalen Windkomponenten der FRS mit Messungen der konventionellen MLS übereinstimmen. Analysen von Energiespektren und Strukturfunktionen zeigen, dass eine genaue Messung der Turbulenz bis zu einer Frequenz von ca. 80 Hz möglich ist. Über 80 Hz wich das gemessene Spektrum von der erwarteten Kolmogorov-Verteilung ab, womit eine knapp dreifach verbesserte Messauflösung gegenüber der mit der konventionellen Mehrlochsonde maximal möglichen Auflösung von ca. 30 Hz erreicht werden konnte. Bei einer typischen Fluggeschwindigkeit von 18,5 m s-1 entspricht dies einer räumlichen Auflösung von ca. 20 cm.

How to cite: Jung, S., Weber, I., Platis, A., and Bange, J.: Validierung einer Fast-Response Sonde für Wind- und Turbulenzmessung an Bord eines unbemannten Luftfahrzeuges, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-142, https://doi.org/10.5194/dach2022-142, 2022.

P36
|
DACH2022-162
|
ys
Sebastian Bley, Francis Warrick, Régis Borde, Hartwig Deneke, and Jonas von Bismarck

Seit bereits mehr als drei Jahren liefert der einzigartige Windsatellit Aeolus vertikale Profile der zonalen Windgeschwindigkeit auf globaler Skala. Der im August 2018 gestartete ESA-Satellit trägt das weltweit erste Doppler Windlidar (ALADIN) im All und misst damit Windgeschwindigkeiten von 30 km Höhe bis zum Wolkenoberrand, in wolkenfreier Atmosphäre sogar bis zum Boden. Verschiedene Referenzmessungen vom Boden, Flugzeug, Schiff oder Ballon sowie Vergleiche mit Modelldaten deuten auf eine hohe Qualität der Windprofile hin. Die Windmessungen werden in Rayleigh (in wolkenfreier Atmosphäre) und Mie (an Wolken und Aerosolen) unterteilt. Seit Anfang 2019 werden die Windmessungen von Aeolus an verschiedenen Wettervorhersagezentren assimiliert und konnten dabei positive Einflüsse auf die Qualität der Wettervorhersage bewirken. Windfelder am Wolkenoberrand werden vorwiegend von geostationären Satelliten abgeleitet und liefern einen wichtigen Beitrag zum globalen Beobachtungssystem. Diese Windfelder beruhen auf passiver Satellitenfernerkundung und weisen erhebliche Unsicherheit in ihrer Höhenbestimmung auf. Aktive Windmessungen von Aeolus können dazu beitragen, diese Unsicherheiten zu quantifizieren. Auch wenn Aeolus‘ Alleinstellungsmerkmal die Messung von Windprofilen in wolkenfreier Troposphäre darstellt, liefert er wertvolle Informationen vom Wolkenoberrand.

Der vorliegende Beitrag vergleicht Windmessungen von Aeolus am Wolkenoberrand mit kollokierten Windfeldern von Meteosat SEVIRI. Unterschiede bei der abgeleiteten Höheninformation der Windvektoren am Wolkenoberrand werden in Hinblick auf die verschiedenen Messmethoden diskutiert. Ein besonderes Augenmerk der Studie liegt auf einer zweiwöchigen Periode im November 2019, in welcher die Vertikalauflösung der gemessenen Profile von Aeolus speziell für Vergleiche mit Wolkenwindfeldern angepasst wurde, um deren Höhenzuordnung zu validieren. Zusätzlich zur Wind- und Höheninformation von Wolken werden auch deren optische und mikrophysikalische Eigenschaften analysiert. Abschließend werden die Limitierungen beider Methoden diskutiert.

How to cite: Bley, S., Warrick, F., Borde, R., Deneke, H., and von Bismarck, J.: Synergie aus aktiver und passiver Satellitenfernerkundung zur Bestimmung von Windvektoren am Wolkenoberrand, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-162, https://doi.org/10.5194/dach2022-162, 2022.

P37
|
DACH2022-203
Max Gerrit Adam, Robert Wegener, Franz Rohrer, Ralf Tillmann, Astrid Kiendler-Scharr, and Andreas Wahner

Langzeitmessungen der atmosphärischen Zusammensetzung sind von zentraler Bedeutung, um die Atmosphärenchemie und den Klimawandel zu verstehen. ACTRIS (Aerosol, Cloud and Trace Gases Research Infrastructure) hat sich zum Ziel gesetzt, ein europaweites Netzwerk von Beobachtungsstationen aufzubauen, die qualitativ hochwertige Daten und Informationen zu kurzlebigen atmosphärischen Bestandteilen liefern und für Nutzer auf der ganzen Welt offen zugänglich machen. Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), die sogenannten Stickoxide (NOx), spielen eine Schlüsselrolle in der Atmosphärenchemie, da sie zur Bildung von troposphärischem Ozon, Smog und saurem Regen beitragen. Darüber hinaus ist die kurz- und langfristige Exposition mit NO2 mit negativen Auswirkungen auf das menschliche Atmungssystem in Verbindung gebracht worden. Die Hauptquellen von NOx in bewohnten Gebieten sind Verbrennungsprozesse, z.B. von Fahrzeugen und bei industriellen Aktivitäten. NOx-Messungen werden derzeit meist indirekt über Chemilumineszenz-Instrumente durchgeführt, die Korrekturen für Feuchte und Ozon erfordern. Jüngste technologische Fortschritte (z. B. Cavity Attenuated Phase Shift, CAPS, oder Tunable Diode Laser Systeme) erlauben die direkte Detektion von NOx-Komponenten, was Interferenzen vermeidet, die durch die Umwandlung von NO2 in NO hervorgerufen werden. Messvergleiche zeigen aber, dass auch hier neben bekannten Problemen wie Reaktionen in den Einlassleitungen auch unerwartete Artefakte beobachtet werden können. Messvergleiche aber zeigen auch hier, dass neben bekannten Problemen wie Reaktionen in den Einlassleitungen auch unerwartete auftreten können. Um genaue und präzise NOx Messungen mit einer Vielzahl von NOx-Messsystemen in verschiedenen Stationen sicherzustellen, müssen neben der Standardisierung von Messprotokollen und Kalibrierungsverfahren auch an zentraler Stelle durch Messvergleiche und Auditierungen Unterschiede der verschiedenen Messverfahren dokumentiert werden.

ACTRIS setzt sich aus central facilities (CFs) und national facilities (NFs) zusammen. Die NFs bilden den explorativen und beobachtenden Teil der Forschungsinfrastruktur. Die CFs sind von grundlegender Bedeutung für die Bereitstellung von harmonisierten und hochpräzisen Daten und stellen eine Vielzahl von Dienstleistungen zur Verfügung. Eines der CFs ist das Reactive Trace Gases In Situ Measurements (CiGas), das für die Überwachung der Datenqualität reaktiver Spurengase verantwortlich ist. Für die Qualitätssicherung (QA) und Qualitätskontrolle (QC) der Stickoxidmessungen an den NFs innerhalb von CiGas ist das Forschungszentrum Jülich (FZJ) zuständig, das auch das World Calibration Center (WCC) für Stickoxide im Global Atmosphere Watch (GAW) Netzwerk beheimatet. Seine Aufgaben umfassen i) die Verbindung von Spurengasmessungen von ACTRIS mit denen anderer Netzwerke, ii) die Beratung und Organisation von Schulungen, iii) die Bereitstellung von Mess- und Auswerteverfahren, iv) das Labelling und die Auditierung von NFs, v) die Implementierung neuer wissenschaftlicher und technologischer Entwicklungen.

Es ist vorgesehen, bis 2025 ein zertifiziertes und funktionsfähiges Netzwerk von ACTRIS-Stationen aufzubauen. Es soll der wissenschaftlichen Gemeinschaft qualitativ hochwertige Daten liefern, die die Grundlage für fundierte Entscheidungen der politischen Entscheidungsträger bilden können.

How to cite: Adam, M. G., Wegener, R., Rohrer, F., Tillmann, R., Kiendler-Scharr, A., and Wahner, A.: Das ACTRIS-Kalibrierzentrum für Stickoxid-Messungen am Forschungszentrum Jülich, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-203, https://doi.org/10.5194/dach2022-203, 2022.

P38
|
DACH2022-243
|
ys
Jakob Boventer, Ines Weber, Martin Schön, Kjell zum Berge, Andreas Platis, Jens Bange, Frank Beyrich, Carola Detring, and Eileen Päschke

Die Leistung und Verfügbarkeit von Lidar Systemen bei verschiedenen atmosphärischen Bedingungen ist unabdingbares Mittel zur Beobachtung der Atmosphärischen Grenzschicht. Um diese sicherzustellen werden Messungen benötigt die es ermöglichen die Lidar Messungen  zu validieren.

Zu diesem Zwecke wurden im Rahmen der FESSTVaL Feldmess-Kampagne  im Sommer 2021 fluggestützte meteorologische Messdaten in der atmosphärischen Grenzschicht über dem Messfeld Falkenberg des Deutschen Wetterdienstes erfasst.

Der Schwerpunkt lag dabei auf der Validierung von Doppler-Lidar Messungen der Windgeschwindigkeit, Windrichtung und der turbulenten kinetischen Energie im Höhenbereich von 90 m bis 600 m über Grund. Die Validierungsdaten wurden mit dem unbemannten Luftfahrtsystem (UAS) vom Typ MASC-3 (Multipurpose Airborne SensorCarrier, Typ 3) aufgenommen. Das UAS MASC-3 wird für meteorologische in-situ Messungen turbulenter Größen (Wind, Temperatur, Feuchte) sowie von Aerosol-Partikeln in der unteren Atmosphäre genutzt.[1]

Mithilfe der UAS-Messungen wird die Qualität, die räumliche Auflösung und die Signifikanz der Lidar-Daten in verschiedenen Messkonfigurationen und unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen, wie z.B. thermische Schichtung, Wasserdampfgehalt, Konzentration und Größenverteilung der Aerosol-Partikel, bewertet.

Geeignete Scanning-Strategien für die Lidar-Systeme können so bestimmt, charakterisiert und der Messfehler sowie die Repräsentativität und Verfügbarkeit der Lidar Wind- und Turbulenzdaten quantifiziert werden. Das Ergebnis der Bewertung wird dazu beitragen die anfänglich erwähnte Leistung und Verfügbarkeit von Lidar genauer zu beurteilen und um Fernerkundungsinstrumente besser in ein operationales Messnetzwerk integrieren zu können.

[1] A. Rautenberg et al., MDPI Sensors doi:10.3390/s19102292 (2019)

How to cite: Boventer, J., Weber, I., Schön, M., zum Berge, K., Platis, A., Bange, J., Beyrich, F., Detring, C., and Päschke, E.: Validierung von Doppler Wind LiDARen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) mit unbemannten kleinen Forschungsflugzeugen (UAS, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-243, https://doi.org/10.5194/dach2022-243, 2022.

P39
|
DACH2022-50
Moritz Löffler, Christine Knist, Jasmin Vural, Annika Schomburg, Volker Lehmann, Ulrich Görsdorf, and Ulrich Löhnert

The project “Pilotstation” at DWD employs a test bed setup to assess data availability, quality, observation impact and operational sustainability for five different ground based remote sensing instruments. The instruments in question, also referred to as “profilers”, are designed to continuously measure vertical profiles of thermodynamic and cloud/aerosol related variables.

A ground based microwave radiometer (MWR) is one of the instruments evaluated in the project “Pilotstation”. MWR primarily measure downwelling radiation in the K-band and V-band in the form of brightness temperatures (TB). All-sky temperature and low-resolution humidity profiles as well as high-accuracy liquid water path (LWP, ΔLWP: ± 10-20 gm-2) and integrated water vapour (IWV, ΔIWV: ~ ± 0.5 kgm-2) are secondary products, which can be derived from the TB.

The adaptation of the fast radiative transfer model RTTOV for ground based instruments enabled weather services to go forward with directly assimilating MWR TB rather than secondary products. First assimilation experiments of MWR TB at DWD were successful. Alongside other quality checks, the data assimilation (DA) relies on a cloud detection beforehand. The most frequent reason for rejecting data from DA is the suspected presence of clouds, consequently reliably identifying clouds without excessively rejecting clear-sky data is especially important for a high availability of suitable data.

The study presented focuses on the requirements of operational DA and a stand-alone setup of an MWR. The work compares the performance of cloud detection algorithms used in scientific publications based on MWR observations. The comparisons include methods using TB, LWP and their variability. For this the CloudNet classification time series at Lindenberg and observation minus model background statistics serve as references. The presentation will also include progress made on refining the cloud detection schemes at hand in order to achieve a higher precision and to better meet the requirements of DA.

How to cite: Löffler, M., Knist, C., Vural, J., Schomburg, A., Lehmann, V., Görsdorf, U., and Löhnert, U.: Cloud detection methods for a stand-alone ground based microwave radiometer, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-50, https://doi.org/10.5194/dach2022-50, 2022.

P40
|
DACH2022-253
Lukas Pfitzenmaier, Pavlos Kollias, Katia Lamer, and Ulrich Löhnert

Radarmessungen liefern für die Erforschung von Niederschlag, Wolken und der involvierten Prozesse einen signifikanten Beitrag. Dazu tragen auch Netzwerke wie ACTRIS (Aerosol, Cloud and Trace Gases Research Infrastructure) bei, in welchen nicht nur die Zahl bodengebundener Wolkenradarsysteme stetig wächst, sondern auch deren Datennutzung, z. B. durch Anwendung im synergistischen Verbund mit anderen Messsystemen bei der Wolkenklassifizierung. Europa verfügt somit über ein dichtes bodengebundenes Netzwerk, um Wolken zu untersuchen, für die globale Betrachtung sind allerdings Satelliten notwendig. Mittels satellitengestützter Wolkenradarsysteme, wie z. B. CloudSat, ist es möglich, ein globales Bild zu erhalten. Satellitengestützte Cloud Profiling Radare (CPR) können allerdings hinsichtlich ihrer meist geringeren Sensitivität und aufgrund des sehr starken Bodenechos gegenüber bodengebundenen Systemen im Nachteil sein. Somit sind beispielsweise die Beobachtung bodennaher Wolken, z.B. Grenzschichtbewölkung, oder das Quantifizieren von bodennahem Niederschlag für CPR problematisch.

In den kommenden Jahren wird die ESA/JAXA Mission EarthCare ein neues CPR mit verbesserter Performance in Umlauf bringen. Um bereits vor dem Start des Satelliten die Performance des CPR zu evaluieren, werden in dieser Arbeit bodengebundene Messdaten mit simulierten CPR-Daten verglichen. Hierzu werden Datensätze von bodengebundenen Radaren mittels Vorwärtsoperator in einen komplementären Radarsatellitendatensatz umgewandelt. Im Anschluss werden die Datensätze verglichen und ausgewertet.

Die Datengrundlage für diese Arbeit liefern die W-Band-Radare des ACTRIS Netzwerks. Die zeitlich langen ACTRIS-Datensätze liefern eine optimale Datengrundlage für eine statistische Analyse der CPR-Performance. Diese Analyse macht es möglich, das neue CPR im Bezug auf die Beobachtung bodennaher Wolken und des bodennahen Niederschlags zu evaluieren.

How to cite: Pfitzenmaier, L., Kollias, P., Lamer, K., and Löhnert, U.: Evaluation des EarthCare Cloud Profiling Radars durch bodengebundene Radare, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-253, https://doi.org/10.5194/dach2022-253, 2022.