Inhaltsverzeichnis

Bachelorarbeiten

Externe Arbeiten

Form

Themen für Bachelorarbeiten am MIM / DLR

Die meisten Themen sind als Master- oder Bachelorarbeit durchführbar. Abhängig von der verfügbaren Zeit (und der Motivation des Studenten) kann man die Datenmenge, die wissenschaftlichen Tiefe, die Zahl der Parameter etc. wählen. Der Umfang muss bei Interresse dann letztendlich individuell diskutiert werden, und ergibt sich z.T. vielleicht auch erst im Laufe der BA (wenn die Zeit knapp werden sollte).

Cloud Modelling: Stratocumulus Liquid Water Steady States

Stratocumulus clouds play an essential role in the global radiation budget. Due to their high albedo, stratocumulus reflect large amounts of incident shortwave radiation back to space. This ability is predominantly determined by the stratocumulus liquid water path, the vertically integrated liquid water content.

While it is accepted that the stratocumulus liquid water path is a result of longwave radiative cooling and entrainment warming/drying, it is disputed whether this liquid water path is in a steady state, i.e., is constant in time. Based on a theoretical mixed-layer approach, we were able to determine analytical solutions for the steady-state liquid water path and the entrainment velocity in stratocumulus (Hoffmann et al. 2020). These analytical solutions have been compared successfully to a wide range of (idealized) large-eddy simulations.

In this thesis, we want to go a step further and compare the solutions to reanalysis data of the ECMWF or satellite measurements, covering a much wider range of realistic stratocumulus clouds, including their transition to cumulus convection. This thesis is of interest to students interested in clouds, climate, and dynamical systems theory.

Ansprechpartner: Fabian Hoffmann

Strahlung: Wasserdampf-Strahlungs-Feedback im thermischen Spektralbereich

Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas welches über den natürlichen Treibhauseffekt Leben auf der Erde ermöglicht. Wasserdampf hat aber weitere wesentliche Eigenschaften in der Atmosphäre. Der größte Anteil an Wasserdampf befindet sich in den unteren Schichten der Atmosphäre, der Troposphäre. Wasserdampf weist innerhalb der Troposphäre nicht nur vertikale sondern auch horizontale Variabilität auf und akkumuliert in der Umgebung von Wolken. Der Wasserdampfgradient um Wolken kann starke Abkühlungsraten verursachen (Abbildung unten). Aktuell wird dieses Thema in der wissenschaftlichen Gemeinschaft stark diskutiert. Eine der offenen Fragen ist beispielsweise, ob die oben erwähnte Abkühlung durch den Wasserdampf die Bildung von konvektiven Systemen/Gewittern in sogenannten “Strahlungs-Gleichgewichts-Simulationen” beeinflussen kann. Die Stärke dieser durch Wasserdampf verursachten Abkühlung in der Umgebung von Wolken ist nicht im Detail bekannt. Außer der stärkeren Abkühlung in der Umgebung, kann der Wasserdampf die Ausstrahlung der Wolken teilweise abschirmen und damit die Abkühlung verringern.

Ziel dieser Arbeit ist es die Höhe der wasserdampfbedingten Abkühlen mit 1D und 3D Strahlungstransportsimulationen und die mögliche Reduktion der Wolkenabkühlung zu bestimmen.

Arbeitsschritte:

Die Abbildung zeigt einen horizontalen Querschnitt durch ein Wasserdampf- und Abkühlungsratenfeld in einer bestimmten Höhe. Die Abkühlungsraten wurden mit 1D Strahlungstransport berechnet. Die schwarzen Konturen zeigen Wolken.

Ansprechpartner: Bernhard Mayer

Spurengase: Bildgebendes DOAS

Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer bildgebenden Variante der Differentiellen Optischen Absorptionsspektroskopie (DOAS), um horizontale und vertikale Verteilungen von Stickoxidkonzentrationen in Großstädten zu bestimmen. Diese Messmethode verwendet die differentiellen Absorptionsstrukturen verschiedener Spurengase, wie z.B. Ozon oder NO2, um deren Konzentrationen durch spektrale Aufnahmen zu bestimmen. DOAS kann in verschiedenen Setups eingesetzt werden, einmal als aktive Messmethode, wenn eine künstliche Lichtquelle verwendet wird, oder passiv, wenn das Sonnenlicht, das in der Atmosphäre gestreute und teilweise absorbiert wurde, verwendet wird. Dabei kann das Teleskop des Instruments in verschiedene Richtungen zeigen, und wenn das Instrument einen Sichtbereich in zwei Dimensionen abscannt, kann ein Bild sogenannter schräger Säulendichten erzeugt werden (imaging DOAS genannt). Diese Säulendichten repräsentieren entlang aller möglicher Lichtwege integrierte Konzentrationen. Diese Messungen wurden bereits für die Hongkong Skyline durchgeführt und die Messdaten müssen ausgewertet und dargestellt werden. Das Messscript sollte bezüglich der räumlichen und zeitlichen Auflösung variiert werden, um weitere Messungen durchführen zu können. Das scannende DOAS Instrument ist mit einer Webcam ausgestattet, und die Bilder dieser Kamera sollen im Rahmen dieser Arbeit ausgewertet werden, um die Blickrichtung des Teleskops zu überprüfen um so ein konsistentes NO2 Bild zu erstellen.

Die einzelnen Arbeitsschritte sind wie folgt:

  1. Einarbeitung in DOAS
  2. Auswertung der DOAS Messungen mittels Standard-DOAS-Software
  3. Erweiterung der Messscripte
  4. Analyse der parallel aufgenommen Bilder um die Blickrichtung zu bestimmen
  5. Verknüpfung der DOAS Messergebnisse mit den berechneten Blickrichtungen zu einem konsistenten NO2-Bild

Ansprechpartner: Mark Wenig

Spurengase: Cavity Enhanced DOAS Messungen

Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Durchführung und Auswertung von cavity-enhanced Differentiellen Optischen Absorptionsspektroskopie (CE-DOAS) Messungen. CE-DOAS ist eine DOAS-Variante bei der der Lichtweg, der dazu benutzt wird, die Absorption des zu messenden Spurengases zu messen, in einem Hohlraumresonator zusammengefaltet wird und somit Punktmessungen erlauben. Aufgrund der hohen zeitlichen Auflösung von wenigen Sekunden, die diese Messmethode erlaubt, ist dieses Instrument besonders gut für mobile Messungen geeignet, es passt bequem auf einen Fahrradanhänger. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit sollen mobile Messungen in München durchgeführt werden um die räumliche Verteilung der NO2 Konzentrationen zu bestimmen. Dabei könnten z.B. auch untersucht werden, wie sich die Konzentrationen mit der Höhe verändern. Dabei sollen verschiedene Einsaughöhen getestet werden, um z.B. erwachsene Fahrer und Kinder zu unterscheiden und somit herauszufinden, ob Kinder höheren Stickoxidbelastungen ausgesetzt sind, als Erwachsene.

Die einzelnen Arbeitsschritte sind wie folgt:

  1. Einarbeitung in DOAS
  2. Auswertung der gemessenen Spektren mittels Standard-DOAS-Software
  3. Erzeugung von NO2 Konzentrationskarten und Höhenprofilen
  4. Analyse der Messdaten und Vergleich mit anderen Messungen

Ansprechpartner: Mark Wenig

English


Februar 2023