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Observatorium Lindenberg

Windböen am 99m-Mast in Falkenberg

Betreuer: Dr. Frank Beyrich / M.Sc. Carola Detring (MOL-RAO, DWD) / NN (FUB)

Beschreibung: Untersucht werden sollen das Auftreten und das Zeitverhalten von Windböen in verschiedenen Höhen (2.4 m, 50 m, 90 m) auf der Basis von hoch aufgelösten Turbulenzmessungen mit Ultraschallanemometern auf dem GM Falkenberg. Betrachtet werden sollen verschiedene typische meteorologische Situationen. Die Ergebnisse „klassischer“ Windmessungen mittels Schalenstern-Anemometern sollen vergleichend betrachtet werden. Sie sollen auch zur Auswahl geeigneter Fälle genutzt werden

Grundlagen: Datengrundlage sind Messungen mit Ultraschall-Anemometern in 10Hz-Auflösung über einen Zeitraum von einem Jahr, sowie Windprofilmessungen mittels Schalenstern-Anemometern in 10-min Auflösung (Mittelwert, Standardabweichung, Maximalwert)

Voraussetzungen: Programmierkenntnisse / Fähigkeit zum Umgang mit Software zur Bearbeitung größerer Datenmengen


Charakterisierung der Nahfeldeigenschaften der im DWD-Messnetz eingesetzten Ceilometer

Betreuer: Dr. Ulrich Görsdorf (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Fernmessung“) / Dr. Ina Mattis (MOHp, DWD), Zweitbetreuer NN (FUB)

Beschreibung: Ceilometer werden im meteorologischen Messnetz des DWD zur Ableitung  der Wolkenbasis und  von Aerosolprofilen eingesetzt. Die Güte dieser atmosphärischen Messgrößen hängt unter anderem  von den Nahfeldeigenschaften der Ceilometer ab. Durch statistische Analyse der von Ceilometern gemessenen Aerosolprofile an Strahlungstagen sind die Nahfeldeigenschaften von Ceilometern und  deren Variabilität zu charakterisieren.

Grundlagen: Datengrundlage sind die im NetCDF-Format vorliegenden Messungen der im DWD-Netz eingesetzten Ceilometer. Die Methode zur Bestimmung der Nahfeldeigenschaften ist in Hervo et al: An empirical method to correct for temperature-dependent variations in the overlap function of CHM15k ceilometers (www.atmos-meas-tech.net/9/2947/2016/) beschrieben.

Voraussetzungen: Programmierkenntnisse / Fähigkeit zum Umgang mit Software zur Bearbeitung größerer Datenmengen


Modellierung der langwelligen Gegenstrahlung für ausgewählte Standorte in Deutschland

Betreuer: Dr. Stefan Wacker (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Strahlungsprozesse“), Zweitbetreuer: N.N.  (FU Berlin)

Beschreibung: Die langwellige atmosphärische Gegenstrahlung steht in direkter Beziehung zum Treibhauseffekt und stellt eine bedeutende Grösse im Strahlungshaushalt dar, deren genaue Kenntnis  somit von enormer Wichtigkeit ist und zwar sowohl in der Meteorologie als auch in der Klimaforschung und den damit verbunden Anwendungen. Aufgrund der limitierten Anzahl von direkten Bodenmessungen der Gegenstrahlung und den Unsicherheiten in ihrer Bestimmung aus Satellitendaten, kommt der Modellierung eine besondere Bedeutung zu. In Prinzip kann die Gegenstrahlung mit Hilfe von Strahlungstransfermodellen innerhalb der Messunsicherheit von ca. 5 Wm-2  berechnet werden, vorausgesetzt die vertikalen Temperatur- und Wasserdampfprofile, sowie die vertikalen Profile von Kohlendioxid, Ozon, Aerosolen und weiterer aktiver Spurengase sind bekannt. Da dies weltweit nur an ganz wenigen Standorten der Fall ist, wird bei  nicht Vorhandensein dieser Profilmessungen die Gegenstrahlung mit Hilfe von so genannten Parametrisierungen modelliert, welche zur Berechnung der Gegenstrahlung routinemäßig gemessene Variablen wie die Lufttemperatur und Feuchte verwenden.   In dieser  Masterarbeit sollen für gut zehn Standorte in Deutschland bestehende Parametrisierungen optimiert werden, so dass die langwellige Gegenstrahlung an diesen Standorten möglichst innerhalb der Messunsicherheit modelliert werden kann. Die Optimierung und die Validierung der Parametrisierung erfolgt mit Hilfe von präzisen Messungen aus dem Bodenmessnetz des DWD.  Die Berechnungen sollen dann einerseits dazu dienen, den Strahlungseffekt der Wolken zu erfassen, anderseits sollen die Modelle wiederum Anwendung in der Qualitätssicherung der Messungen finden.

Grundlagen & Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Strahlung und Strahlungstransfer; Grundkenntnisse in Programmierungssprachen (Python, IDL, R oder Matlab)


Fernerkundung der Ozonsäule mithilfe spektraler Messungen der UV-Strahlung mit einem Array Spektroradiometer

Betreuer: Dr. Lionel Doppler (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Strahlungsprozesse“), NN (FUB)

Beschreibung:

Am Observatorium Lindenberg wird seit mehr als 30 Jahren die Ozonsäule mit dem Instrument Brewer gemessen. Der Brewer ist ein Spektrometer mit einem Monochromator, das sowohl die spektrale Bestrahlungsstärke in der direkten Sonnenrichtung („Direct“) als auch die spektrale Bestrahlungsstärke „Global“ (= Summe der direkten und diffusen Abwärtsflüsse) misst. Die Messmethode mit dem Brewer ist weltweit als Referenz anerkannt. Sie benutzt aber eine alte Technologie, die langsam und wartungstechnisch aufwendig ist. 

Seit Mitte 2019 hat das Observatorium Lindenberg zwei Array-Spektroradiometer BTS 2048 von der Firma Gigahertz-Optik in Betrieb. Diese moderne Technik erlaubt schnelle und präzise Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke im UV Spektralbereich mit einem kompakten Gerät, das mit moderner Software betrieben wird. Ein Array-Spektroradiometer führt „Direct“ Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke im UV durch, während das zweite Gerät die spektrale UV-Globalstrahlung erfasst.

Das Ziel der Masterarbeit ist die Entwicklung eines Algorithmus zur Ableitung der Ozonsäule aus den „Direct“ Messungen des Array Spectroradiometers. Der Algorithmus soll durch einen Vergleich mit den Brewer-Messungen der Ozonsäule validiert werden. Zusätzlich sollen die Messungen des UV-Spektrums „Global“ des zweiten Array Spektroradiometers mit Hilfe der Ozonsäule und zusätzlichen Messparametern (Wolken, Aerosol, Bodendruck) interpretiert werden.

Grundlagen & Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Programmierungssprachen (Python, IDL, R oder Fortran), Lust auf Programmierung zu haben, Motivation neue Programmierungstechniken/Sprachen zu lernen, Grundkenntnisse in Strahlung, Aerosol und atmosphärische Komposition, Grundkenntnisse in Fernerkundung.