Wolkenklimatologie über den Ozeanen aus Reanalysedaten und Beobachtungen

In der vorliegenden Arbeit wird der Bedeckungsgrad (CC) über den Ozeanen für den Zeitraum von 1948 bis 2001 analysiert. Dafür werden die Reanalysen des NCEP/NCAR und COADS-Daten verwendet. Der Vergleich zwischen beiden Datensätzen zeigt, dass sie entlang der Hauptschifffahrtsrouten gut übereinstimmen. Das bedeutet, dass die Reanalysedaten für Untersuchungen des CC verwendet werden können, obwohl keine Wolkenbeobachtungen in das Reanalysemodell einfließen. Die bekannten Klimazonen lassen sich am mittleren Bedeckungsgrad sowohl in den NCEP/NCAR-Daten als auch in den COADS-Daten gut identifizieren. Die Standardabweichungen sind in den COADS-Daten in den wenig befahrenen Ozeangebieten aufgrund des dort großen Samplingfehlers im Vergleich zu den NCEP/NCAR-Daten sehr hoch. Angesichts der hohen Üereinstimmung werden fü die weiteren Untersuchungen nur noch die Bedeckungsgraddaten von NCEP/NCAR verwendet. Der Jahresgang der Bewölkung lässt sich gut nachvollziehen. Eine Trendanalyse zeigt Trends im Bedeckungsgrad im Zeitraum von 1948 bis 2001 an. Diese sind vor allem im Bereich des Nordatlantiks (+0,1% pro Jahr), südlich von Afrika (+0,1 bis 0,3% pro Jahr) und im tropischen Pazifik (-0,1 bis -0,3% pro Jahr) signifikant. Weiterhin erfolgt eine genauere Untersuchung der Zusammenhänge zwischen dem Bedeckungsgrad und anderen meteorologischen Parametern im Bereich des Nordatlantiks und des tropischen Pazifiks. Für den Nordatlantik kann die Hypothese, dass Wolken mit dem Druckfeld gekoppelt sind, auf unterschiedliche Weise bestätigt werden. Zum einen finden sich in den Wintermonaten hohe Korrelationen zwischen dem NAO-Index und dem CC. Des Weiteren wird eine EOF-Analyse für die Wintermonate durchgeführt, die eine ähnliche räumliche Struktur wie die des SLP liefert. Die 1. PC des Bedeckungsgrades weisst eine hohe Korrelation mit dem NAO-Index auf. Für die Zeitskala von 0 bis 2 Tagen finden sich in den EOF's des Bedeckungsgrades doppelt so viele Zentren wie in den EOF's des SLP. Das entspricht der Vorstellung von zwei Bedeckungsgradmaxima pro Zyklone. Auf synoptischer Zeitskala (2-6 Tage) ist dies nicht der Fall. Im Bereich des tropischen Pazifiks wird der Zusammenhang zwischen dem Bedeckungsgrad und der SST ebenfalls mit verschiedenen Methoden untersucht. Vor allem in den Wintermonaten gibt es hohe Korrelationen zwischen dem Nino-3.4-Index und dem Bedeckungsgrad. Man erkennt negative Korrelationen im Bereich Indonesiens und positive im östlichen Pazifik. Das deutet die für El-Nino Jahre typische Verschiebung des Indonesischen Tiefs nach Osten an. Eine EOF-Analyse, mit der die Bedeckungsgradvariabilität im Januar untersucht wird, bestätigt durch eine hohe Korrelation der 1. PC mit dem Nino-3.4-Index den Zusammenhang vom CC mit der SST. Eine abschließende CCA untermauert den Zusammenhang zwischen dem CC und der SST

Karl Marx, 1883-1933

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Kryogene Wasserstofftargets für Experimente zur Laser-Materie-Wechselwirkung

Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beschreibt die Herstellung von festen Materialproben (Targets) mit definierter Geometrie aus gefrorenem Wasserstoff und deren Verwendung in Experimenten zur Laser-Materie-Wechselwirkung. Den Schwerpunkt der Arbeit bildeten die Entwicklung und Erprobung eines Versuchsaufbaus zur Verfestigung gasförmigen Wasserstoffs bei Temperaturen im Bereich von 10 K bis 20 K sowie die Charakterisierung der auf diese Weise erzeugten Targets. Hierzu wurde am Institut für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt eine Vakuumkammer mit einem Kryosystem kombiniert und damit ein System aufgebaut, das die genaue Kontrolle der Parameter Temperatur und Druck des Targetgases Wasserstoff ermöglichte. Die technische Herausforderung bestand hierbei in der Konstruktion einer Vorrichtung, die Innendrücke von bis zu 500 mbar gegen Vakuum bei Temperaturen im Bereich von 10 K bis 20 K abdichten und gleichzeitig unter Vakuum geöffnet und geschlossen werden konnte. Aufgrund der extrem niedrigen Temperaturen, die zur Herstellung der Targets nötig sind, ist es kaum möglich ein kryogenes Target aus dem Versuchsaufbau zu entfernen und es zu konservieren. Daher musste der gesamte Versuchsaufbau kompakt und mobil konstruiert werden, um die Anpassung auf andere Vakuumkammern in den Experimentierbereichen von Höchstleistungslasern zu ermöglichen und damit die kryogenen Targets während des Laser-Materie-Wechselwirkungexperiments kurz vor der Interaktion mit dem Laser unmittelbar am Interaktionspunkt herstellen zu können. Für die Erzeugung einzelner Targets wurden spezielle Halter konstruiert, um eine definierte Targetgeometrie beim Auffrieren der Targetstruktur zu gewährleisten. Es zeigte sich, dass die Targeterzeugung über den Phasenpfad gasförmig–flüssig–fest zu qualitativ besseren Targetstrukturen führte als der Phasenpfad gasförmig–fest. Auf diese Weise konnten freitragende Targetstrukturen mit einem Durchmesser von bis zu 2 mm und einer Dicke von 100 μm bis 1000 μm hergestellt werden. Zur Vermessung der Targetstrukturen wurden sowohl optische als auch kernphysikalische Methoden untersucht, adaptiert und im Experiment eingesetzt. Das optische Verfahren der chromatisch-konfokalen Mikroskopie erzielte hierbei die besten Ergebnisse zur Bestimmung der Targetdicke. Weiterhin konnten Targets mittels α-Teilchen-Spektroskopie vermessen werden, im Gegensatz zur chromatisch-konfokalen Mikroskopie jedoch nicht in Echtzeit. Zur Untersuchung der Wechselwirkung von kryogenen Wasserstofftargets mit hochintensiver Laserstrahlung wurden zwei Experimentkampagnen an Höchstleistungslasersystemen der Petawattklasse durchgeführt: eine am Lasersystem Petawatt High Energy Laser for Ion Experiments (PHELIX) des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt und eine am Lasersystem VULCAN Petawatt Laser (VULCAN) des Rutherford Appleton Laboratory in Didcot/UK. Ziel beider Experimentreihen war die Erzeugung von gerichteten Ionenstrahlen. Hierbei wurde insbesondere die experimentelle Realisierung des Beschleunigungsmechanismus laser breakout afterburner (dt.: Laserausbruch-Nachbeschleunigung) (BOA) untersucht, der bei Laserintensitäten von 10^21 W/cm^2 und passenden Targetstrukturen Protonenenergien von bis zu GeV ermöglichen soll. Zur Untersuchung von BOA wurden neben kryogenen Wasserstofftargets mit Dicken im Bereich von 10 μm bis 1000 μm auch Targets aus Plastik mit Dicken im Bereich von 0,1 μm bis 1,5 μm verwendet, die im Targetlabor des Instituts für Kernphysik eigens für diese Experimente hergestellt wurden. Im Rahmen der Experimentkampagne an PHELIX wurde erstmals die Verwendung von freitragenden kryogenen Wasserstofftargets für die lasergetriebene Ionenbeschleunigung mit Maximalenergien von 46 MeV experimentell demonstriert. Zudem lieferten die Experimente mit Plastiktargets Protonen mit Maximalenergien von bis zu 65 MeV entlang der Propagationsrichtung des Laserstrahls, die mit dem BOA-Konzept vereinbar waren und eine neue Rekordenergie an PHELIX bedeuteten. Neben den dünnen freitragenden kryogenen Wasserstofftargets für die Experimente zur lasergetriebenen Ionenbeschleunigung konnte noch eine weitere Targetgeometrie erzeugt werden, die für Experimente zur Untersuchung von warmer dichter Materie (WDM) geeignet ist. Hierbei handelte es sich um mit kryogenem Wasserstoff gefüllte Bleizylinder, die mit einem hierfür angepassten Versuchsaufbau ebenfalls am Institut für Kernphysik hergestellt werden konnten. Diese Targetgeometrie kann für die Laboratory Planetary Sciences (dt.: Labor-Planetologie) (LAPLAS)-Experimente des Bereichs Plasmaphysik der Startphase des neuen Beschleunigerzentrums Facility for Antiproton and Ion Research (dt.: Einrichtung zur Forschung an Antiprotonen und Ionen) (FAIR) verwendet werden

Numerical investigation and static structural analysis of deep groove ball bearings using ANSYS FEA

This paper provides a numerical investigation of material configurations for deep groove ball bearing. The static structural analysis was numerically modelled using ANSYS 18.2 FEA for deep groove 6210 ball bearing. Successful validation was achieved with theoretical and ANSYS values resulting in good agreement. The 6210 ball bearing is numerically investigated by implementing 4 different materials for respective components and a fixed radial load of 1 kN. The effects of total deformation, shear stress, equivalent Von-Mises stress, and equivalent stain are assessed theoretically and numerically. The adoption of different materials resulted in a hybrid ball bearing, achieving lowest total deformation of 5.6 µm, when compared with benchmark model. It was concluded that hybrid ball bearing incorporating different materials for key respective components studied in this work exhibited significant benefits for the application of deep groove ball bearings for electric drives

In-situ formation of solidified hydrogen thin-membrane targets using a pulse tube cryocooler

An account is given of the Central Laser Facility's work to produce a cryogenic hydrogen targetry system using a pulse tube cryocooler. Due to the increasing demand for low Z thin laser targets, CLF (in collaboration with TUD) have been developing a system which allows the production of solid hydrogen membranes by engineering a design which can achieve this remotely; enabling the gas injection, condensation and solidification of hydrogen without compromising the vacuum of the target chamber. A dynamic sealing mechanism was integrated which allows targets to be grown and then remotely exposed to open vacuum for laser interaction. Further research was conducted on the survivability of the cryogenic targets which concluded that a warm gas effect causes temperature spiking when exposing the solidified hydrogen to the outer vacuum. This effect was shown to be mitigated by improving the pumping capacity of the environment and reducing the minimum temperature obtainable on the target mount. This was achieved by developing a two-stage radiation shield encased with superinsulating blanketing; reducing the base temperature from 14 0.5 K to 7.2 0.2 K about the coldhead as well as improving temperature control stability following the installation of a high-performance temperature controller and sensor apparatus. The system was delivered experimentally and in July 2014 the first laser shots were taken upon hydrogen targets in the Vulcan TAP facility.</p

Experimental discrimination of ion stopping models near the Bragg peak in highly ionized matter

The energy deposition of ions in dense plasmas is a key process in inertial confinement fusion that determines the α-particle heating expected to trigger a burn wave in the hydrogen pellet and resulting in high thermonuclear gain. However, measurements of ion stopping in plasmas are scarce and mostly restricted to high ion velocities where theory agrees with the data. Here, we report experimental data at low projectile velocities near the Bragg peak, where the stopping force reaches its maximum. This parameter range features the largest theoretical uncertainties and conclusive data are missing until today. The precision of our measurements, combined with a reliable knowledge of the plasma parameters, allows to disprove several standard models for the stopping power for beam velocities typically encountered in inertial fusion. On the other hand, our data support theories that include a detailed treatment of strong ion-electron collisions

Probability Distribution Characteristics for Surface Air–Sea Turbulent Heat Fluxes over the Global Ocean

To analyze the probability density distributions of surface turbulent heat fluxes, the authors apply the twoparametric modified Fisher–Tippett (MFT) distribution to the sensible and latent turbulent heat fluxes recomputed from 6-hourly NCEP–NCAR reanalysis state variables for the period from 1948 to 2008. They derived the mean climatology and seasonal cycle of the location and scale parameters of the MFT distribution. Analysis of the parameters of probability distributions identified the areas where similar surface turbulent fluxes are determined by the very different shape of probability density functions. Estimated extreme turbulent heat fluxes amount to 1500–2000 W m22 (for the 99th percentile) and can exceed 2000 W m22 for higher percentiles in the subpolar latitudes and western boundary current regions. Analysis of linear trends and interannual variability in the mean and extreme fluxes shows that the strongest trends in extreme fluxes (more than 15 W m22 decade21) in the western boundary current regions are associated with the changes in the shape of distribution. In many regions changes in extreme fluxes may be different from those for the mean fluxes at interannual and decadal time scales. The correlation between interannual variability of themean and extreme fluxes is relatively low in the tropics, the SouthernOcean, and the Kuroshio Extension region.Analysis of probability distributions in turbulent fluxes has also been used in assessing the impact of sampling errors in theVoluntaryObserving Ship (VOS)-based surface flux climatologies, allowed for the estimation of the impact of sampling in extreme fluxes. Although sampling does not have a visible systematic effect onmean fluxes, sampling uncertainties result in the underestimation of extreme flux values exceeding 100 W m22 in poorly sampled regions