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Forschungsgebiete am IUP

Physik und Chemie der Atmosphäre

Die Abteilung Atmosphärenphysik und -chemie besteht aus mehreren Gruppen mit unterschiedlichen Arbeitsgebieten. Sie reichen von der Bestimmung von Spektren atmosphärisch interessanter Gase mit Hilfe eines Fourier Transform Spektrometers über die Messung von Aerosolen und Spurengasen in der Troposphäre bis zur wissenschaftlichen Unterstützung und Datenauswertung von Satellitenprojekten wie GOME und SCIAMACHY. Die Struktur der Abteilung zeigt das Organigramm [3.624 KB] .

Forschungsgruppen:

  • Carbon Gas Forschung: Der Fokus der Forschungsaktivitäten der IUP CarbonGroup ist es, Informationen über die atmosphärischen Kohlenstoffgase ("carbon gases", im wesentlichen CO2, CH4, CO) aus Satellitenmessungen (z.B. SCIAMACHY) und Flugzeugmessungen (MAMAP) abzuleiten und zu interpretieren, z.B. im Hinblick auf Quellen und Senken (Emission und Aufnahme, z.B. durch Pflanzen) dieser Gase. Die IUP CarbonGroup ist in eine Reihe nationaler, europäischer und internationaler Projekte eingebunden. Das IUP leitet z.B. das GHG-CCI Projekt der Climate Change Initiative (CCI) der ESA. Das IUP ist auch in der Spezifikation zukünftiger Satellitenmissionen involviert, wie z.B. CarbonSat.
  • Aerosol and cloud Forschung: Die Gruppe beschäftigt sich hauptsächlich mit der Untersuchung globaler optischer und mikrophysikalischer Parameter von Wolken und Aerosolen auf der Basis von satellitenbasierten Messungen.
  • Die DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) Gruppe verwendet das DOAS Verfahren, um Konzentrationen von atmosphärischen Spurengasen aus Spektren von gestreutem Sonnenlicht im sichtbaren und UV Bereich zu ermitteln. Das Verfahren wird angewandt auf Spektren der Satelliten Instrumente wie GOME, SCIAMACHY, OMI und TROPOMI, auf Messungen von Flugzeug-gestützen Instumenten, und auf die Messungen des BREDOM-Netzwerkes von Boden-gestützten Instrumenten im sichtbaren und UV Bereich. Die wissenschaftlichen Ziele sind Untersuchungen der Luftverschmutzung durch Stickoxide, der Rolle von Halogenoxiden in der Troposphäre und Stratosphäre, sowie Entwicklung und Validierung neuer Datenprodukte von Satelliten.
  • Forschungsschwerpunkte der UVSAT (UV Satellite Data and Science Group) sind Ozonmessungen im UV Spektralbereich mit Satellitendaten. Wir erforschen fortgeschrittene Auswertemethoden von unterschiedlichen Datenprodukten, u.a. Ozonsäulen, Ozonvertikalprofile und troposphärisches Ozon. Wissenschaftliche Ziele sind Trendanalysen ("Erholung der Ozonschicht","Luftverschmutzung"), die Wechselwirkung zwischen Ozon und Klima, sowie Ozonverluste in polaren Gebieten ("Ozonloch"). Weiterer Schwerpunkt sind Untersuchungen der Sonnenvariabilität vom UV bis zum Nahinfrarot aus Satellitenmessungen. Unsere Arbeiten stützen sich im wesentlichen auf Daten der Sateliteninstrumente GOME (Global Ozone Monitoring Experiment, 1995-2011), SCIAMACHY (SCanning ImAging spectroMeter for Atmospheric CHartographY, 2002-2012), GOME-2 (ab 2007), OMPS (Ozone Mapping and Profiler Suite, ab 2012), und TROPOMI (ab 2017).
  • Die Limb Retrieval and Radiative Transfer (LRRT) group betreibt die Auswertung vertikaler Verteilungen von atmosphärischen Gasen (O3, NO2, BrO, H2O) und stratospherischen Aerosol Parametern (Auslöschung, Verteilung der Partikelgröße) durch Satelliten gestützte Messungen. Dabei wird gestreutes Sonnenlicht in den Spektralbereichen UV-sichtbar-NIR-SWIR verwendet, hauptsächlich von den Instrumenten SCIAMACHY und OMPS-LP. Zudem betreibt die Gruppe die Weiterentwicklung des Strahlungstransfer-Modells SCIATRAN.
  • Die TROLAS Gruppe (Tropospheric Radical Observations and Laser Absorption Spectroscopy) untersucht Aspekte der Atmosphärenchemie wie Photochemie und die Reaktionen freier atmosphärischer Radikale mit Blick auf den Ozonabbau in der Troposphäre. Dazu werden in-situ Messverfahren entwickelt (chemische Vertärkung, Laserspektroskopie mit Cavity Ring Down CRD und Cavity Enhanced Absorption CEA) und im Labor sowie auf Messkampagnen angewandt.
  • Molecular Spectroscopy and Chemical Kinetics: Die Arbeit dieser Gruppe ist die Erstellung genauer Referenzspektren mittels eines umfassend ausgestatteten Labors. Diese werden für atmosphärische Fernerkundung, für Spurengasmessungen mit optischen Methoden und für Studien im Bereich Atmospärenphysik und -Chemie verwendet.
  • ELECTRONICS OPTICS & SENSORS GROUP: Diese Gruppe entwickelt und nutzt optoelektronische Messverfahren und Geräte für zumeist Flugzeug- oder ballongetragene Einsätze. Ausserdem können im Labor und auf Messkampagnen Kalibrierungen optischer Messinstrumente durchgeführt werden.
  • PHYTOOPTICS ist eine Kooperation zwischen dem AWI Bereich Klimaforschung und dem IUP. Es werden Studien betrieben über die Gewinnung neuer, bio-optischer Information aus der Kombination von Daten des europäischen SCIAMACHY Satelliten Spektrometers und der ocean color Messinstrumente MERIS, SeaWIFS und MODIS. Ausser der Gewinnung und Auswertung von Fernerkundungsdaten werden bio-optische und bio-chemische in-situ Parameter von Phytoplankton, sowie die Lichtverhältnisse gemessen. Mithilfe von Modellen werden Strahlungstransfer und primäre Produktion berechnet.

Satellitenprojekte des IUP Bremen:

  • CarbonSat: Um auch nach SCIAMACHY globale Messungen von CO2 und CH4 durchzuführen, arbeitet das IUP an der Spezifikation einer neuen Satellitenmission: Carbon Monitoring Satellite – CarbonSat.
  • SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric CHartographY) ist ein Spektrometer an Bord des europäischen ENVISAT Satelliten. Es misst Sonnenlicht, das durch die Erdatmosphäre oder die Erdoberfläche transportiert, gestreut oder reflektiert wird. Der Spektralbreich geht vom UV bis zum Nah-Infrarot (240 - 2380 nm) bei mittlerer spektraler Auflösung (0,2 - 1,5 nm). SCIAMACHY wurde mit ENVISAT im Jahre 2002 gestartet und war bis 2012 aktiv.
  • GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) ist ein UV-VIS Spektrometer in Nadir-Messgeometrie an Bord des ERS-2 Satelliten. Die wissenschaftlichen Projekte am IUP umfassen: Strahlungstranfer-Modellierung, Entwicklung von Auswerte Algorithmen, Validierung vom GOME Datenprodukten, und wissenschaftliche Fallstudien. Alle GOME Daten sind nun an einem Platz zu finden. Die GOME Mission endete im Juli 2011.
  • SCIATRAN ist ein am IUP entwickeltes Strahlungstransfer-Programm. Es erlaubt schnelle und genaue Simulationen der Strahlungspektren, wie sie aus dem Weltall mit UV-Vis-NIR Satelliten Spektrometern wie SCIAMACHY und GOME gemessen werden. Das Programm beinhaltet ein Starlungstranfer-Modell und Auswerte-Algorithmen die für die lösung vieler wissenschaftlicher Aufgaben verwendbar und anpassbar sind.

Leitung:

Die Leitung des Forschungsbereiches "Physik und Chemie der Atmosphäre" erfolgt durch Prof. John P. Burrows.