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last updated: 2022-02-06
Messungen von Verschmutzungstracern mit dem Forschungsflugzeug HALO im Rahmen von CAFE Brazil (Aircraft based mesaurements of pollution tracers during CAFE Brazil)
Der Transport von Biomassenverbrennung spielt eine wichtige Rolle für die Chemie der Atmosphäre und Wolkenbildung. Der schnelle Vertikaltransport in die obere Troposphäre - zum einen durch großräumige Feuer oder auch im Zusammenwirken mit Konvektion - kann die Zusammensetzung und Chemie der oberen Troposphäre massiv beeinflussen und z.B. zur Ozonproduktion führen.
Im Rahmen der Masterarbeit sollen Messungen von Verschmutzungsmarkern mit einem Infrarotlaserspektrometer des MPI vom Forschungsflugzeug HALO im Rahmen der Messkampagne Cafe-Brazil durchgeführt werden. Dies umfasst die Betreuung des Gerätes während der Kampagne, sowie die Datenkorrektur und eine erste wissenschaftliche Einordnung. Ziel ist die Identifikation möglicher Verschmutzungsereignisse aus den Messungen für verschiedene meteorologische Bedingungen.
Die Arbeit selbst wird in der Arbeitsgruppe von Horst Fischer am MPI und im Rahmen der Kampagnentätigkeit in Brasilien durchgeführt. Die Arbeit wird von Horst Fischer (Max Planck Institut für Chemie) und Peter Hoor (IPA) gemeinsam betreut.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor
Messung der chemischen Zusammensetzung und Ausbreitung der Emissionen des Ätnas (Measurement of the chemical composition and dispersion of emissions from Ätna)
Die Ausbreitung und chemische Zusammensetzung von Emissionen aus vulkanischen Quellen beeinflusst die Zusammensetzung und die Chemie der Atmosphäre. Die Ausbreitungsbedingungen hängen stark von der thermodynamischen Struktur der Atmosphäre ab.
Im Rahmen einer Masterarbeit sollen am Ätna Drohnenmessungen von CO und anderen Substanzen durchgeführt und ausgewertet werden. Dazu soll ein neuartiger Sensor zur Messung von CO getestet und kalibriert werden. Die CO Daten sollen mit Messungen von CO2, H2O und SO2 kombiniert werden, um die Abhängigkeit der Emissionsfahne von den jeweiligen meteorologischen Gegebenheiten zu untersuchen.
Außerdem ist geplant, die Drohnenmessungen mit Radiosondenaufstiegen vor Ort zu kombinieren, um den thermodynamischen Zustand der Atmosphäre zu charakterisieren.
Die Arbeit wird gemeinsam mit der AG Hoffmann (FB Chemie) durchgeführt. Teilnahme an einer Messkampagne zum Ätna und Bereitschaft zu Laborarbeiten sind Voraussetzung zur Durchführung. Die Messdaten sollen mit Lagrange'schen Methoden kombiniert werden. Zur Auswertung sind Kenntnisse von python von Vorteil, jedoch nicht zwingend.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor
Interhemisphärische Unterschiede der Transportstruktur der unteren Stratosphäre (Interhemispheric differences of the transport of the lower stratosphere)
Die untere Stratosphäre der Südhemisphäre unterscheidet sich in Zusammensetzung und Struktur
von der nordhemisphärischen unteren Stratosphäre.
Im Rahmen der Masterarbeit soll ein globaler Trajektoriendatensatz, der mit LAGRANTO für die
Stratosphäre berechnet wurde (die Daten existieren schon), untersucht werden. Die
Trajektoriendaten liegen für zwei Startzeitpunkte vor (1.4.2002 und 1.10.2003) und wurden über
einen Zeitraum von neun Monaten gerechnet. Folgende Hauptfragen sollen in der gestellten
Masterarbeit untersucht werden:
- Gibt es Unterschiede beim Transport durch die Tropopause zwischen Nord- und Südhemisphäre in Bezug auf Zeitskalen und Höhe (Dicke) der Mischungsschicht?
- Gibt es Unterschiede in der Ausprägung des interhemisphärischen Austauschs?
- Gibt es hemisphärische Unterschiede in den Transportzeitskalen durch die Tropopause?
- Welche möglichen Ursachen für solche interhemisphärischen Unterschiede gibt es?
Die Auswertung der Trajektorien sollte mit IDL (oder vergleichbaren Tools) durchgeführt werden, d.h.
Programmierkenntnisse in einer beliebigen Sprache sind von Vorteil, aber nicht zwingend.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor
Untersuchung der Saisonalität der Mischungsschichtdicke aus Messdaten der HIAPER und HALO und Vergleich mit Meteorologie und Modellanalysen (Investigation of the seasonality of the mixing layer depth from observations (HALO and HIAPER) and from model data)
Das amerikanische Forschungsflugzeug HIAPER hat über zwei Jahre Messungen in der unteren
Stratosphäre von Nord- bis Südpol durchgeführt. Von HALO liegen für den September 2012
vergleichbare Daten vor.
Ziel der Arbeit ist eine Quantifizierung der tropopausennahen Mischungsschicht aus den CO
Messungen, um eine Klimatologie zu erstellen. Dazu muss entlang des Flugweges die
Tropopausenhöhe bestimmt werden, um die Flugzeugmessdaten auf diese Höhe zu normieren. Aus
der Lage der CO-Gradienten relativ zur Lage der Tropopause lässt sich die Höhe der Mischungsschicht
bestimmen. Ziel ist ein systematischer Vergleich der Mischungsschichtdicke nach Jahreszeit für beide
Hemisphären.
Die Auswertung kann mit IDL bzw. IGOR durchgeführt werden. Vorwissen zu Linux und
entsprechender Software ist wünschenswert, aber keine Voraussetzung.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor
Charakterisierung von Aerosolmessungen in der südlichen Hemisphäre (Characterization of aerosol observations on the southern hemisphere)
Die Zusammensetzung der globalen Atmosphäre hat sich in den letzten Jahrzehnten stark verändert.
In anthropogenen Ballungszentren ist die Luftqualität in den Fokus der öffentlichen Aufmerksamkeit
gerückt und hat einen direkten Einfluss auf Gesundheit und Lebenserwartung in den entsprechenden
Regionen. Globale Messnetze dokumentieren eine deutliche anthropogene Prägung der heutigen
Atmosphäre teilweise auch in entlegensten Regionen der Erde. Um einen möglicherweise
zunehmenden anthropogenen Einfluss beurteilen zu können, sind Kenntnisse über den früheren
Hintergrundzustand der Atmosphäre vor Einführung der modernen Beobachtungs- und Messtechnik
von erheblicher Bedeutung.
Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen existierende, teilweise noch nicht digitalisierte Daten der
Aerosolgrößenverteilung analysiert und Rückschlüsse auf die beteiligten Aerosolmassen gezogen
werden. Dazu sollen handschriftliche Originaldokumente von Messkampagnen (z.B.
Schiffsmessungen, Stationsmessungen der südl. Hemisphäre, etc. ) ausgewertet werden. In
Kombination mit aktuellsten meteorologischen Reanalysedaten (ERA-40, ERA-20C) können mögliche
Herkunfts- und Quellregionen ermittelt werden, um Rückschlüsse auf die Aerosolzusammensetzung
und Aerosolmassenverteilung ziehen zu können.
Die Arbeit wird betreut von Peter Hoor, Daniel Kunkel und Ruprecht Jaenicke.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor und Dr. Daniel Kunkel
Einige der Bachelorarbeitsthemen können auch als Masterarbeitsthema gestellt werden.
Vergleich von hochaufgelösten Vorhersagedaten mit Reanalysen des ECMWFs (Comparison of high resolution forecast and reanalysis data from ECMWF)
Auch als Masterarbeitsthema
Within BINARY ERA5 reanalysis data will be compared with high resolution measurement data. The focus will be on the identification of regions close to the tropopause which show signs of turbulence. However, the ERA5 data is available on a three dimensional spatial grid which has a lower grid point density in the horizontal than the ECMWF forecast. The differences in each horizontal direction are on the order of a factor three. Given these differences it can be assumed that turbulence might be resolved differently in the two ECMWF products. However, albeit its lower resolution the ERA5 data is preferred, due to the long coherent data set. This work should identify similarities and differences between common measures of turbulence in ERA5 and the forecasts.
Ansprechpartner: Dr. Daniel Kunkel
Interpolation between modeled and observed quantities along flight tracks (Interpolation zwischen modellierten und beobachteten Größen entlang eines Flugwegs)
An important task while comparing model and measurement data is to combine the information from the coarsely gridded model data to the high resolution (but limited) measurement data. A common way is to interpolate the model data in space and time onto the flight track. However, often differences arise simply to the fact that the model data is available on different grids, in particular varying in the vertical. Moreover, various measured parameters can be used for the interpolation, e.g., pressure, potential temperature or geometric height. This project should compare various interpolation methods, in particular in order to correctly interpret high resolution data in turbulent situations.
Ansprechpartner: Dr. Daniel Kunkel
Signal-to-noise ratio in highly resolved in situ measurement data (Signal-zu-Rausch Verhältnis in hoch aufgelösten Beoachtungsdaten.
Noise is a common issue of high resolution measurement data. In fact, noise can become larger than atmospheric variability of target quantitiues and measurements become unreliable. Methods applying optical spectroscopy often suffer from statistical noise but the measurement signal can also be affected by optical interferences and fringes of varying frequencies. Under certain circumstances such fringes can be identified and eliminated to enhance the signal-to-noise ratio. This allows then to have more reliable data for example in the vicinity of turbulence. This work will therefore use the raw signal of a spectrometer which is initially affected by potential noise. Spectral filter, wavelet analysis, or principle component analysis are potential tools to detect and eliminate or account for the noise.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor und Dr. Heiko Bozem
Optimized method to calculate mixing ratios from spectral measurement data (Optimierung der Bestimmung von Mischungsverhätltnissen aus spektralen Beobachtungsdaten)
Commonly, a raw signal from an optical spectrometer needs to be converted to mixing ratios of trace species for further analysis steps. On the basis of theoretical considerations final quantities are derived using iterative approximations or fits towards a comparable empirical signal. However, there are not only several different fitting methods but also differences in the numerical implementation leading to a number of degrees of freedom. This work should lead to a consistent, accessible fit routine which allows to study the impact from various input parameters on the final mixing ratios.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor und Dr. Heiko Bozem
Determination of tropopause and boundary layer heights in radiosoundings and ECMWF reanalysis data (Bestimmung von Tropopausen- und Grenzschichthören aus Radiosonden und ECMWF Reanalysedaten)
The heights of the tropopause and planetary boundary layer can be determined by using various parameters and methods. Furthermore, these heights often differ between model and observational data products. Nevertheless, the tropopause and the boundary layer height take on a crucial role when it comes to separating different flow regimes in the atmosphere. In particular, close to both of these interfaces turbulence is expected to occur frequently. This project aims to identify the heights of the tropopause and boundary layer from observations using radio soundings as well as from reanalysis data.
Ansprechpartner: Dr. Daniel Kunkel
Distribution of ozone in the vicinity of the tropopause (Ozonverteilung in der Tropopauseregion)
Auch als Masterarbeitsthema
Ozone is one of the most frequently observed trace gases and can be used as a marker for the tropopause, i.e. the ozonopause. Radio soundings of ozone have a high vertical resolution, however, with the caveat of being sparsely available in time and space. In turn, airborne measurements of ozone have complementary characteristics, being available over larger larger areas in the horizontal but with lower coverage in the vertical at most locations. Reanalysis data also often include information about ozone. This project aims to study how the different information from observations and reanalysis data differ from each other. In particular, whether differences are larger under certain atmospheric conditions, e.g., close to the jetstream or the tropopause, where mixing affects the ozone distribution.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor und Dr. Daniel Kunkel
Climatology of PV anomalies in ERA5 (Klimatologie von PV Anomalien in ERA5)
Auch als Masterarbeitsthema
PV anomalies represent a specific dynamic feature which fosters mixing of different air masses. Processes associated with the modification of PV anomalies may be related to high wind shear as well as diabatic modifications. Ultimately, these processes determine the lifetime of the PV anomalies. This project aims to study the temporal and spatial distribution of PV anomalies in the ERA5 data set. For this metrics of varying complexity can be applied to identify the PV anomalies and their consequences for mixing.
Ansprechpartner: Prof. Dr. Peter Hoor und Dr. Daniel Kunkel
Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus folgenden Themenbereichen bietet die AG Hoor für das Meteorologische Seminar an:
- Stratosphärische Zirkulation
- Tropopause und Spurenstoffverteilung
- Wasserdampf und Ozon in der Stratosphäre
- Ferntransport in die Arktis
- Luftverschmutzung und Ozontrends