Institut für Physik der Atmosphäre - Projektideen und Beteiligungswünsche für Horizon 2020 Schwerpunkt: Fernerkundung klimarelevanter Spurengase - DLR
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Institut für Physik der Atmosphäre
Projektideen und Beteiligungswünsche für Horizon 2020
Schwerpunkt: Fernerkundung klimarelevanter Spurengase
Infotage Raumfahrt, DLR Köln, 22.-23.11.16.
Dr. Christoph Kiemle
www.DLR.de • Chart 2
Das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre
derzeit 140 Mitarbeiter , davon ~ 30 Doktoranden
Physik und die Chemie der globalen
Atmosphäre: 0-120 km Höhe
Fragen mit Atmosphärenbezug in Luftfahrt,
Raumfahrt, Verkehr und Energie
Sowohl grundlagenorientierte als auch
anwendungsrelevante Fragestellungen
Vollständiges Methodenspektrum
International wettbewerbsfähig und in
Teilbereichen international führend
Kompetenter Ansprechpartner für DLR,
Gesellschaft, Industrie und Politik
Unsere Forschung im Programmbereich „Raumfahrt“
www.DLR.de • Chart 4
Unsere Forschung im Programmbereich „Raumfahrt“
• Verständnis des • In-situ passive FE aktive FE
globalen Flugzeug- klimarelevanter Spurengase,
Klimasystems messungen insbesondere
• Interpretation • detaillierte CH4 und CO2 CH4 und H2O
von Satelliten- Prozessstudien
Beobachtungen • Validation von
EO-Missionen
Institut für Physik der Atmosphäre
Stand der Forschung, aktuelle Projekte:
1. Klima-Modellierung
2. Aktive und passive Fernerkundung
klimarelevanter Spurengase
DLR.de • Chart 6
Globale (und regionale) Klima-Chemiemodellierung
Mit EMAC simulierte
EMAC ist ein
Methanlebensdauer
• modulares, flexibles Klima&Chemie-
Simulationssystem, mit
• umfassender Chemie (Boden bis MA),
• und der Möglichkeit der regionalen
Verfeinerung („on-line nesting“)
(Jöckel et al., GMD, 2016)
• gemeinschaftlich entwickelt und betrieben von
einem Konsortium unter der Leitung des DLR:
DLR.de • Chart 7
Globale (und regionale) Klima-Chemiemodellierung
Von der Messkampagne / Satellitenmission bis zur Klimawirkung
(HALO-)Kampagne Prozessverständnis
Satellitenmission Monitoring
Konzeptionierung Vorhersage Analyse Bewertung
t=0
Analyse längerer Maßgeschneiderte Sensitivitäts- „Impact Simulationen“
Zeitreihen aus dem Vorhersagen für die simulationen mit Allgemeingültigkeit ?
Globalmodell EMAC Flugplanung mit dem MECO(n) & Klimarelevanz ?
globalen / regionalen Vergleich mit Reduktion der
Modellsystem Messungen Unsicherheiten
MECO(n) Prozessverständnis …
Modellevaluierung
Modell(weiter)-
entwicklung
(P. Jöckel)
DLR.de • Chart 8
Evaluation of Earth System Models with Observations
Earth System Model Evaluation Tool (ESMValTool)
ESMValTool development part of current
for improved & routine model evaluation with observations EU projects with DLR and others as partner:
Open Source: Interface in python, multi-language support for 1. CRESCENDO (Coordinated Research in
diagnostics and graphics (NCL, python, R…) Earth Systems and Climate: Experiments,
Observations: easy to add kNowledge, Dissemination and
Extensible: easy to (a) add more models/observations; (b) Outreach): Horizon 2020: Advanced
implement a new diagnostic and (c) create a standard plot type Earth-system models; SC5-01-2014
Community development with DLR as PI: subversion repository to 2. C3S-MAGIC: Copernicus Climate Change
allow multiple developers from different institutions to contribute Service Global Climate Projections: Data
Access, product generation and impact
of front-line developments, ITT Ref:
C3S_34a – Lot2
The resulting enhanced systematic
characterization of models will identify
strengths & weaknesses of the simulations
more quickly and openly to the community,
which will also support model development &
assessments (e.g. IPCC Assessment Reports)
Eyring et al., GMD, 2016
Aktive Treibhausgasfernerkundung - Lidar
9
Beteiligung IPA an Mission MERLIN:
CO2 + CH4 CH4
CHARM-F CoMet MERLIN
CHARM-F
Flugzeug-Demonstrator HALO Kampagne mit IPA: PI, Science Processor,
erfolgreich getestet aktiver und passiver FE Validierung mit HALO
2015 2017 2020
DLR.de • Chart 10
DLR Airborne Demonstrator CHARM-F:
Lidar for CO2 and CH4 Column Measurements
Successful first flight
campaign on HALO in 2015
5 flights, about 22 flight hours
Goals:
Completion of the
airworthiness certification
System tests
Collection of first data
sets
Aircraft Window CHARM-FMERLIN’s added value to the current
observing system
As an active RS instrument based on a
differential measurement method, MERLIN
will deliver data day and night with lower
biases than current, existing and planned Columns
space instruments.
MERLIN will provide atmospheric methane
columns at all latitudes, allowing to monitor
in particular Tropical and Arctic regions.
MERLIN is a demonstrator of GHG Lidar Emissions
measurements from SPACE. It will open a
new dimension of space observations of the
Earth.Carbon Cycle Observing Systems
2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024
SCHIAMACHY MicroCarb CarbonSat ?
Space
CO2 GOSAT GOSAT 2
and/or
CH4 OCO 2
passive
SENTINEL 5 P SENTINEL 5
CH4
active
MERLIN
CO2
ASCENDS
active
CHARM-F onboard HALO
Aircraft remote sensing
NASA DC-8, …
aircraft in-situ IAGOS, HIAPER
Surface in-situ ICOS
sfc rem.
TCCON
sensingMERLIN Validation Opportunities
MERLIN
CHARM-F on
board HALO
In-situ
Cloud on board
Falcon and
HALO
Methane
TCCON ICOS
ground based high in-situ instrument installed at
resolution FTS terrestrial station, towerPassive Treibhausgasfernerkundung
Stand der Forschung, aktuelle Fähigkeiten:
JAXA’s GOSAT (seit 2009), NASA’s OCO-2 (seit 2014):
CO2 Anstieg durch fossile Verbrennung, Überlagerung
durch Jahreszeitenzyklus der Biosphäre
Month / yearPassive Treibhausgasfernerkundung
Stand der Forschung, aktuelle Fähigkeiten:
JAXA’s GOSAT (seit 2009), NASA’s OCO-2 (seit 2014):
CO2 Anstieg durch fossile Verbrennung, Überlagerung
durch Jahreszeitenzyklus der Biosphäre
CH4 globale Kartierung
Month / yearPassive Treibhausgasfernerkundung
Stand der Forschung, aktuelle Fähigkeiten:
JAXA’s GOSAT (seit 2009), NASA’s OCO-2 (seit 2014):
CO2 Anstieg durch fossile Verbrennung, Überlagerung
durch Jahreszeitenzyklus der Biosphäre
CH4 globale Kartierung
Unser Daten
tragen zu ESA’s
GHG-CCI bei.
Month / yearPassive Treibhausgasfernerkundung
Stand der Forschung, aktuelle Fähigkeiten:
Evaluation neuer Missionen
- CH4 von Sentinel-5 Precursor (Zusammenarbeit DLR + SRON, NL)
- CH4 von Sentinel-5 (Zusammenarbeit DLR + SRON, NL)
- CH4 und CO2 von GOSAT-2 (Zusammenarbeit JAXA, Japan, + DLR)
- Eigener Vorschlag einer geostationären Treibhausgasmission für “Carbon
Monitoring”: Geostationary Emission Explorer for Europe (G3E)
Butz et al., AMT, 2015Institut für Physik der Atmosphäre Projektideen und Beteiligungswünsche für zukünftige Horizon 2020 Projekte
Aktive Treibhausgasfernerkundung - Lidar
19
ESRE Empfehlungen:
“The focused efforts of the various GHG LIDAR mission proposal and study teams
during the past 15 years have greatly improved understanding of measurement
needs and instrument requirements from the mission perspective, and they have
stimulated investment in technology developments and demonstrations in support of
global GHG measurements with space-based LIDAR.
With the adoption of the Paris Agreement these LIDAR efforts have however now to
be seen under a different light and be given a higher priority.
The Commission is therefore invited to seriously consider the introduction of R&D
related to GHG monitoring via LIDAR as a new work package in its Horizon 2020 work
programme for the years 2018-2020.
Such R&D should in particular address the following sub-topics:
Technology-related R&D, Aircraft-based measurements, Sensor fusion of data
products from passive and active CO2 sound systems in space, Regional modelling.”Passive und Aktive Treibhausgasfernerkundung
Perspektiven:
Aktuelle “Carbon Monitoring” Aufrufe
- EO-3-2017: Preparation for a European capacity to monitor CO2 anthropogenic emissions
- SC5-04-2017: Towards a robust and comprehensive GHG verification system
sind nicht auf unsere Fähigkeiten zugeschnitten: zu modell-lastig
und zu spezifisch auf bereits existierende Konzepte (CarbonSAT).
Passendere Aufrufe wären offen für:
• Evaluation neuer Instrumentkonzepte: LIDAR (CH4,CO2)
• Evaluation neuer Missionskonzepte:
LIDAR + passiv
geostationärer Orbit
GHG-Sensor + Aerosol-Sensor (passiv)DLR.de • Chart 21
Globale (und regionale) Klima-Chemiemodellierung
Ziele:
• Besseres Verständnis der Prozesse im Klima&Chemie-System
• Quellen & Senken von Treibhausgasen und reaktiven Spurenstoffen
• bessere Prognosen (d.h. mit reduzierten Unsicherheiten)
• Interaktive Kopplung von Quellen (z.B. Methan) an Wetter & Klima
statt „vorgegebener Randbedingung“
erfordert Prozessbeschreibung der Quellen (Permafrost, Böden, etc.)
im Modell (auf regionaler und globaler Skala)
Schließung der reaktiven Stoffkreisläufe zwischen
Atmosphäre – Ozean – Land (Vegetation und Böden)
Kopplung verschiedener Komponenten aus unterschiedlichen
Disziplinen H2020Sie können auch lesen
