A new set of tethered balloon-borne instrument payloads for collocated turbulence and radiation measurements in the cloudy Arctic boundary layer - First applications

Diese Arbeit stellt das neue Fesselballonsystem 'Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere' (BELUGA) vor, das für die Messung turbulenter Energie- und Strahlungsflüsse in der bewölkten arktischen atmosphärischen Grenzschicht entwickelt wurde. Mit dem Schwerpunkt auf Turbulenz werden der technische Aufbau und die drei Instrumentenpakete von BELUGA sowie Methoden zur Analyse von Turbulenzdaten beschrieben. BELUGA wurde während zweier Feldkampagnen in der Arktis eingesetzt, die auf dem arktischen Meereis im Juni 2017 und in Grönland im März/April 2018 stattfanden. Anhand zweier Fallstudien liefern die BELUGA-Messungen wertvolle Einblicke in die kleinskaligen turbulenten Prozesse und Strahlungsprozesse, die in der arktischen Grenzschicht wechselwirken. Eine erste Studie analysiert eine Inversion der spezifischen Luftfeuchte über einem beständigen Stratocumulus und die turbulente Kopplung zwischen diesen Regionen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein turbulenter Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen der Feuchteinversion und der Wolke durch die stabile Inversionsschicht hindurch möglich ist, wenn sich die Feuchteinversion direkt über der Wolkendecke befindet. Die Bereitstellung von Feuchtigkeit durch turbulenten Transport trägt wahrscheinlich zur Langlebigkeit der arktischen Wolken bei. Die zweite Studie befasst sich mit einem Grenzschichtstrahlstrom, d.h. einem lokalen Windmaximum in niedriger Höhe, der in der spätwinterlichen stabilen arktischen Grenzschicht beobachtet wurde. Der Grenzschichtstrahlstrom zeigt eine charakteristische Vertikalstruktur von Turbulenzparametern wie lokalen Dissipationsraten, die direkt ober- und unterhalb des Windmaximums erhöht sind. Daraus folgt, dass das Vorhandensein eines Grenzschichtstrahlstromes die vertikale Durchmischung in der stabilen Grenzschicht unterstützt, was sich auf die vertikale Verteilung von advehierter Feuchtigkeit, Aerosolpartikeln und anderen Substanzen auswirken kann. Beide Fallstudien unterstreichen die Bedeutung der kleinskaligen Turbulenz für die Entwicklung der Grenzschicht in einer stabilen thermodynamischen Schichtung. Damit tragen die BELUGA-Messungen zu einem besseren Prozessverständnis in einer sich verstärkt erwärmenden Arktis mit vielfältigen Rückkopplungsprozessen bei.This thesis introduces the new tethered balloon system Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere (BELUGA) that has been developed for collocated measurements of turbulent and radiative energy fluxes in the cloudy Arctic atmospheric boundary layer (ABL). With a focus on turbulence, the technical setup and the three instrument packages of BELUGA are presented together with turbulence data analysis methods. BELUGA was deployed during two field campaigns in the Arctic, which took place on Arctic sea ice in June 2017 and in Greenland in March/April 2018. By means of two case studies, the BELUGA measurements provide valuable insights into the small-scale turbulent and radiative processes interacting in the Arctic ABL. A first study analyzes a specific humidity inversion (SHI) above a persistent stratocumulus and the turbulent coupling between these regions. The results show that turbulent exchange of heat and moisture between the SHI and the cloud is possible through the stable inversion layer, when the SHI is located directly above the cloud top. Providing moisture via turbulent transport probably contributes to the persistence of Arctic clouds. The second study addresses a low-level jet (LLJ) observed in the late-winter stable Arctic ABL. The LLJ is associated with a characteristic vertical structure of turbulence parameters such as local dissipation rates, with enhanced intensity just above and below the jet core. It is concluded that the presence of a LLJ promotes vertical mixing in the stable ABL, which can impact the vertical distribution of advected moisture, aerosol particles, and other substances. Both case studies highlight the importance of small-scale turbulence for shaping the ABL under conditions of stable thermodynamic stratification. Thus, the BELUGA measurements contribute to an improved understanding of interacting atmospheric processes in Arctic amplification

سياسة مصر الخارجية تجاه العراق، 1981-1991

The tethered balloon system BELUGA (Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere) was operated from an ice floe next to IB ODEN (around 89°37.0' N , 40°46.5'E). The measurements were taken during the AO2018 (Arctic Ocean) - MOCCHA (Microbiology-Ocean-Cloud Coupling in the High Arctic) campaign on 14 days in the period 18 August to 13 September 2018. For this campaign, a 9 m³ helium filled balloon with modular instrumentation was used. This dataset contains standard meteorological data based on a GRAW DFM-09 radiosonde with additional wind speed measurements by a Pitot-static probe

Case study of a humidity layer above Arctic stratocumulus and potential turbulent coupling with the cloud top

Specific humidity inversions (SHIs) above low-level cloud layers have been frequently observed in the Arctic. The formation of these SHIs is usually associated with large-scale advection of humid air masses. However, the potential coupling of SHIs with cloud layers by turbulent processes is not fully understood. In this study, we analyze a 3 d period of a persistent layer of increased specific humidity above a stratocumulus cloud observed during an Arctic field campaign in June 2017. The tethered balloon system BELUGA (Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere) recorded vertical profile data of meteorological, turbulence, and radiation parameters in the atmospheric boundary layer. An in-depth discussion of the problems associated with humidity measurements in cloudy environments leads to the conclusion that the observed SHIs do not result from measurement artifacts. We analyze two different scenarios for the SHI in relation to the cloud top capped by a temperature inversion: (i) the SHI coincides with the cloud top, and (ii) the SHI is vertically separated from the lowered cloud top. In the first case, the SHI and the cloud layer are coupled by turbulence that extends over the cloud top and connects the two layers by turbulent mixing. Several profiles reveal downward virtual sensible and latent heat fluxes at the cloud top, indicating entrainment of humid air supplied by the SHI into the cloud layer. For the second case, a downward moisture transport at the base of the SHI and an upward moisture flux at the cloud top is observed. Therefore, the area between the cloud top and SHI is supplied with moisture from both sides. Finally, large-eddy simulations (LESs) complement the observations by modeling a case of the first scenario. The simulations reproduce the observed downward turbulent fluxes of heat and moisture at the cloud top. The LES realizations suggest that in the presence of a SHI, the cloud layer remains thicker and the temperature inversion height is elevated

Tethered balloon-borne profile measurements of atmospheric properties in the cloudy atmospheric boundary layer over the Arctic sea ice during MOSAiC: Overview and first results

The tethered balloon-borne measurement system BELUGA (Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere) was deployed over the Arctic sea ice for 4 weeks in summer 2020 as part of the Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate expedition. Using BELUGA, vertical profiles of dynamic, thermodynamic, aerosol particle, cloud, radiation, and turbulence properties were measured from the ground up to a height of 1,500 m. BELUGA was operated during an anomalously warm period with frequent liquid water clouds and variable sea ice conditions. Three case studies of liquid water phase, single-layer clouds observed on 3 days (July 13, 23, and 24, 2020) are discussed to show the potential of the collected data set to comprehensively investigate cloud properties determining cloud evolution in the inner Arctic over sea ice. Simulated back-trajectories show that the observed clouds have evolved within 3 different air masses (“aged Arctic,” “advected over sea ice,” and “advected over open ocean”), which left distinct fingerprints in the cloud properties. Strong cloud top radiative cooling rates agree with simulated results of previous studies. The weak warming at cloud base is mostly driven by the vertical temperature profile between the surface and cloud base. In-cloud turbulence induced by the cloud top cooling was similar in strength compared to former studies. From the extent of the mixing layer, it is speculated that the overall cloud cooling is stronger and thus faster in the warm oceanic air mass. Larger aerosol particle number concentrations and larger sizes were observed in the air mass advected over the sea ice and in the air mass advected over the open ocean

A new set of tethered balloon-borne instrument payloads for collocated turbulence and radiation measurements in the cloudy Arctic boundary layer - First applications

Diese Arbeit stellt das neue Fesselballonsystem 'Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere' (BELUGA) vor, das für die Messung turbulenter Energie- und Strahlungsflüsse in der bewölkten arktischen atmosphärischen Grenzschicht entwickelt wurde. Mit dem Schwerpunkt auf Turbulenz werden der technische Aufbau und die drei Instrumentenpakete von BELUGA sowie Methoden zur Analyse von Turbulenzdaten beschrieben. BELUGA wurde während zweier Feldkampagnen in der Arktis eingesetzt, die auf dem arktischen Meereis im Juni 2017 und in Grönland im März/April 2018 stattfanden. Anhand zweier Fallstudien liefern die BELUGA-Messungen wertvolle Einblicke in die kleinskaligen turbulenten Prozesse und Strahlungsprozesse, die in der arktischen Grenzschicht wechselwirken. Eine erste Studie analysiert eine Inversion der spezifischen Luftfeuchte über einem beständigen Stratocumulus und die turbulente Kopplung zwischen diesen Regionen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein turbulenter Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen der Feuchteinversion und der Wolke durch die stabile Inversionsschicht hindurch möglich ist, wenn sich die Feuchteinversion direkt über der Wolkendecke befindet. Die Bereitstellung von Feuchtigkeit durch turbulenten Transport trägt wahrscheinlich zur Langlebigkeit der arktischen Wolken bei. Die zweite Studie befasst sich mit einem Grenzschichtstrahlstrom, d.h. einem lokalen Windmaximum in niedriger Höhe, der in der spätwinterlichen stabilen arktischen Grenzschicht beobachtet wurde. Der Grenzschichtstrahlstrom zeigt eine charakteristische Vertikalstruktur von Turbulenzparametern wie lokalen Dissipationsraten, die direkt ober- und unterhalb des Windmaximums erhöht sind. Daraus folgt, dass das Vorhandensein eines Grenzschichtstrahlstromes die vertikale Durchmischung in der stabilen Grenzschicht unterstützt, was sich auf die vertikale Verteilung von advehierter Feuchtigkeit, Aerosolpartikeln und anderen Substanzen auswirken kann. Beide Fallstudien unterstreichen die Bedeutung der kleinskaligen Turbulenz für die Entwicklung der Grenzschicht in einer stabilen thermodynamischen Schichtung. Damit tragen die BELUGA-Messungen zu einem besseren Prozessverständnis in einer sich verstärkt erwärmenden Arktis mit vielfältigen Rückkopplungsprozessen bei.This thesis introduces the new tethered balloon system Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere (BELUGA) that has been developed for collocated measurements of turbulent and radiative energy fluxes in the cloudy Arctic atmospheric boundary layer (ABL). With a focus on turbulence, the technical setup and the three instrument packages of BELUGA are presented together with turbulence data analysis methods. BELUGA was deployed during two field campaigns in the Arctic, which took place on Arctic sea ice in June 2017 and in Greenland in March/April 2018. By means of two case studies, the BELUGA measurements provide valuable insights into the small-scale turbulent and radiative processes interacting in the Arctic ABL. A first study analyzes a specific humidity inversion (SHI) above a persistent stratocumulus and the turbulent coupling between these regions. The results show that turbulent exchange of heat and moisture between the SHI and the cloud is possible through the stable inversion layer, when the SHI is located directly above the cloud top. Providing moisture via turbulent transport probably contributes to the persistence of Arctic clouds. The second study addresses a low-level jet (LLJ) observed in the late-winter stable Arctic ABL. The LLJ is associated with a characteristic vertical structure of turbulence parameters such as local dissipation rates, with enhanced intensity just above and below the jet core. It is concluded that the presence of a LLJ promotes vertical mixing in the stable ABL, which can impact the vertical distribution of advected moisture, aerosol particles, and other substances. Both case studies highlight the importance of small-scale turbulence for shaping the ABL under conditions of stable thermodynamic stratification. Thus, the BELUGA measurements contribute to an improved understanding of interacting atmospheric processes in Arctic amplification

A new set of tethered balloon-borne instrument payloads for collocated turbulence and radiation measurements in the cloudy Arctic boundary layer - First applications

Diese Arbeit stellt das neue Fesselballonsystem 'Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere' (BELUGA) vor, das für die Messung turbulenter Energie- und Strahlungsflüsse in der bewölkten arktischen atmosphärischen Grenzschicht entwickelt wurde. Mit dem Schwerpunkt auf Turbulenz werden der technische Aufbau und die drei Instrumentenpakete von BELUGA sowie Methoden zur Analyse von Turbulenzdaten beschrieben. BELUGA wurde während zweier Feldkampagnen in der Arktis eingesetzt, die auf dem arktischen Meereis im Juni 2017 und in Grönland im März/April 2018 stattfanden. Anhand zweier Fallstudien liefern die BELUGA-Messungen wertvolle Einblicke in die kleinskaligen turbulenten Prozesse und Strahlungsprozesse, die in der arktischen Grenzschicht wechselwirken. Eine erste Studie analysiert eine Inversion der spezifischen Luftfeuchte über einem beständigen Stratocumulus und die turbulente Kopplung zwischen diesen Regionen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein turbulenter Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen der Feuchteinversion und der Wolke durch die stabile Inversionsschicht hindurch möglich ist, wenn sich die Feuchteinversion direkt über der Wolkendecke befindet. Die Bereitstellung von Feuchtigkeit durch turbulenten Transport trägt wahrscheinlich zur Langlebigkeit der arktischen Wolken bei. Die zweite Studie befasst sich mit einem Grenzschichtstrahlstrom, d.h. einem lokalen Windmaximum in niedriger Höhe, der in der spätwinterlichen stabilen arktischen Grenzschicht beobachtet wurde. Der Grenzschichtstrahlstrom zeigt eine charakteristische Vertikalstruktur von Turbulenzparametern wie lokalen Dissipationsraten, die direkt ober- und unterhalb des Windmaximums erhöht sind. Daraus folgt, dass das Vorhandensein eines Grenzschichtstrahlstromes die vertikale Durchmischung in der stabilen Grenzschicht unterstützt, was sich auf die vertikale Verteilung von advehierter Feuchtigkeit, Aerosolpartikeln und anderen Substanzen auswirken kann. Beide Fallstudien unterstreichen die Bedeutung der kleinskaligen Turbulenz für die Entwicklung der Grenzschicht in einer stabilen thermodynamischen Schichtung. Damit tragen die BELUGA-Messungen zu einem besseren Prozessverständnis in einer sich verstärkt erwärmenden Arktis mit vielfältigen Rückkopplungsprozessen bei.This thesis introduces the new tethered balloon system Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere (BELUGA) that has been developed for collocated measurements of turbulent and radiative energy fluxes in the cloudy Arctic atmospheric boundary layer (ABL). With a focus on turbulence, the technical setup and the three instrument packages of BELUGA are presented together with turbulence data analysis methods. BELUGA was deployed during two field campaigns in the Arctic, which took place on Arctic sea ice in June 2017 and in Greenland in March/April 2018. By means of two case studies, the BELUGA measurements provide valuable insights into the small-scale turbulent and radiative processes interacting in the Arctic ABL. A first study analyzes a specific humidity inversion (SHI) above a persistent stratocumulus and the turbulent coupling between these regions. The results show that turbulent exchange of heat and moisture between the SHI and the cloud is possible through the stable inversion layer, when the SHI is located directly above the cloud top. Providing moisture via turbulent transport probably contributes to the persistence of Arctic clouds. The second study addresses a low-level jet (LLJ) observed in the late-winter stable Arctic ABL. The LLJ is associated with a characteristic vertical structure of turbulence parameters such as local dissipation rates, with enhanced intensity just above and below the jet core. It is concluded that the presence of a LLJ promotes vertical mixing in the stable ABL, which can impact the vertical distribution of advected moisture, aerosol particles, and other substances. Both case studies highlight the importance of small-scale turbulence for shaping the ABL under conditions of stable thermodynamic stratification. Thus, the BELUGA measurements contribute to an improved understanding of interacting atmospheric processes in Arctic amplification

Field study on the applicability of the biophoton measurement for the differentiation of chicken eggs from organic and conventional production

Ökologische Lebensmittel gewinnen beim Verbraucher zunehmend an Ansehen. Zwar ist die Qualität von Bio-Erzeugnissen gesetzlich geregelt, doch stellt die EG-Öko-Verordnung ausschließlich Anforderungen an die Produktionsweise und nicht an die Produktqualität als solche. Herkömmliche Methoden reichen zum Nachweis der überlegenen Qualität von Bio-Lebensmitteln nicht aus. Ganzheitliche Ansätze, wie die Biophotonenmessung nach F.A. Popp, erweitern den bestehenden quantitativ-analytischen Qualitätsbegriff um Merkmale, die auf dem 'organisierten Miteinander' der Produktkomponenten beruhen und von der Produktionsweise beeinflusst werden. Die Biophotonenmethode beruht auf der Messung ultraschwacher Lichtemissionen (Biophotonen), welche ständig von elektromagnetischen Feldern lebender biologischer Systeme abgegeben werden. Mithilfe hochempfindlicher Photomultiplier wird ? nach kurzer Beleuchtung ? die Biophotonenemission pflanzlicher oder tierischer Proben gemessen, und so deren Lichtspeicherfähigkeit untersucht. B. KÖHLER zeigte, dass sich Dotter von Hühnereiern aus verschiedenen Haltungsformen in ihrer Biophotonenemission unterscheiden [Der Einfluss von Haltung, Fütterung und Beleuchtung auf die Biophotonenemission (delayed luminescence) sowie herkömmliche Qualitätsparameter von Hühnereiern. Dissertation, Universität Kassel, Verlag KWALIS GmbH, Dipperz, 2001]. Unter standardisierten Versuchsbedingungen wirkten sich Sonnenlicht, tageslichtähnliche Stallbeleuchtung und Grünfutter positiv auf die Biophotonenemission von Dottern aus. In der vorliegenden Studie wurde auf Praxisebene (d.h. unter nicht-standardisierten Bedingungen) untersucht, ob die Biophotonenemission als Prüfkriterium für Bio-Eier geeignet ist. Von Juli 2005 bis November 2006 wurde eine Datenbank mit handelsüblichen Konsumeiern aus den Produktionsformen Käfig-, Boden-, Freiland- und Bio-Haltung sowie aus kleinbäuerlicher Erzeugung erstellt (ca. 900 Eier). So sollte zunächst geklärt werden, wie groß die Unterschiede der Biophotonenemissionen von Dottern auf Praxisebene sind. Im zweiten Projekt, einer Langzeitbeobachtung, wurde die Stabilität der Biophotonenwerte eines Produktionsbetriebes im jahreszeitlichen Verlauf überprüft. Ab Mai 2006 wurden ein Jahr lang monatlich Eierproben von 12 Legehennenställen mittels Biophotonenmethode untersucht (2 Käfig-, 4 Boden-, 2 Freiland-, 4 Bio-Haltungssysteme, ca. 2300 Eier). Ferner wurden klassische Eiqualitätsmerkmale (wie Eigewicht, Bruchfestigkeit der Schale, Eiklarhöhe, Dotterfarbe und -anteil, Fettsäuremuster und Oxidationsneigung) bestimmt und Informationen zu Tieralter, Herdengröße, Art der Stallbeleuchtung, Futterzusammensetzung und Klimaeinflüssen eingeholt, um weiter Aufschluss über Herkunft und Bedeutung der Biophotonenemission bei Eidottern zu erhalten. Als Biophotonenparameter wurde die 'Nachleuchtintensität' der Eidotter nach optischer Anregung über 30 Sekunden ausgewertet. Sie berechnet sich aus der Summe der Signale in den letzten 40 Sekunden einer ein-minütigen Messung. Während sich Dotter aus konventionellen Haltungsformen bezüglich der Nachleuchtintensität nur geringfügig unterschieden, hoben sich die Bio-Dotter wie auch diejenigen aus kleinbäuerlicher Haltung in der Regel sehr deutlich durch höhere Messwerte ab. Die langfristige Untersuchung von Dottern ausgewählter Produktionsbetriebe ergab im Jahresverlauf beachtliche Schwankungen. In den Wintermonaten verringerte sich der Intensitätsunterschied von Dottern aus biologischer und konventioneller Erzeugung. Auffällig war, dass Dotterproben, welche hohe Biophotonenwerte lieferten, vergleichsweise geringe Gehalte an gesättigten, und hohe Gehalte an mehrfach ungesättigten Fettsäuren aufwiesen. Entsprechende Proben stammten von Betrieben, in denen bewachsene Ausläufe angeboten und/oder Salat, Gemüse bzw. Grünmehl verfüttert wurde. Die Gabe von Grünfutter führt nach KÖHLER zu einer Steigerung der Biophotonenemission, beeinflusst aber gleichzeitig auch das Fettsäuremuster der Eier. Der mögliche Kausalzusammenhang zwischen Grünfutter und Fettsäurezusammensetzung muss weiter untersucht werden. Abschließend wurde überprüft, ob sich die Biophotonenmethode zum Nachweis von Bio-Qualität bei Eiern eignet. Mittels Diskriminanzanalyse wurde eine Klassifizierung der Eierstichproben in die Kategorien 'Bio' und 'Konventionell' vorgenommen, wobei sich Trefferquoten von gut 70 % ergaben. Angesichts dessen, dass zur Differenzierung von Eiern aus biologischer und konventioneller Produktion bislang noch kein Prüfsystem zur Verfügung steht, ist dieses Ergebnis sehr interessant. Zudem dürfte sich die Genauigkeit durch Optimierungen in Technik und Methodik der Messung erhöhen lassen. Vorstellbar wäre ein Einsatz der Biophotonenmethode als Screening-Verfahren auf dem Eiermarkt. Auffallend niedrige Biophotonenwerte könnten Anlass sein, die betrieblichen Voraussetzungen zu kontrollieren und mit den Vorgaben des entsprechenden Haltungssystems zu vergleichen.Consumer demand for organic food is increasing. Conventional quality criteria are based on assay of individual chemical compounds, which depend much more on local conditions, climate and breed than on the production method. So alternatives need to be found to distinguish between organic and conventional food. Complementary approaches look at biological systems as a whole and focus on the inner structure of products. As shown in many studies, holistic criterions reflect differences in food quality, which are caused by the production method. F.A. POPP has rediscovered ultra weak light emissions that are presumed to originate from electromagnetic fields in living organisms. So-called 'biophotons' can be detected by highly sensitive photomultipliers as 'delayed luminescence' after illumination of the sample. Associated with living processes, the radiation reflects the state of the living tissue. In 2001 B. KÖHLER showed that egg yolks emit varying biophoton intensities depending on the husbandry system. Using standardized test conditions KÖHLER found that exposition to sunlight or to lighting that was similar to daylight, as well as feeding of green stuff, enhanced biophoton emission of yolks. The present investigation has been carried out under conditions of commercial egg production to discover whether biophoton emission is a suitable quality criterion for organic eggs. From July 2005 to November 2006, about 900 eggs have been collected in food stores and on farms. The biophoton intensity of each egg was determined and entered into a database according to its way of production (cage, deep litter, free-range, organic or from smallholders). The aim of this examination was to determine the differences in light emission of eggs originating from various production systems without standardized husbandry conditions. As a second project, a long-term observation has been conducted to see whether biophoton values of eggs remain stable over time. During the course of one year (from May 2006), biophoton emission has been measured each month. Samples have been taken from twelve hen houses with different husbandry systems: 2 houses with cage system, 4 with deep litter, 2 houses with free-range system and 4 organic farms ? adding up to more than 2,300 eggs. In addition to the measurement of biophoton emissions, conventional egg quality criteria have also been determined: egg mass, breaking strength of egg shell, albumen height, yolk color, proportion of yolk, fatty acid profile and lipid oxidation. Farmers have been interviewed about the age of their hens, flock size, lighting conditions and feed composition. Climatic conditions have been researched on the internet. It was expected that comparison of all collected data would give information on the origin and meaning of biophoton emission of egg yolks. In the present studies yolks were exposed to white light for 30 seconds. Delayed luminescence was detected for the duration of 60 seconds. The biophoton parameter used has been defined as the sum of light emission during the last 40 seconds of the measurement. Egg yolks from different animal husbandry systems differed in biophoton emissions. However, while conventionally produced egg yolks showed only minor differences, organic eggs as well as eggs from smallholders were characterized by clearly higher intensities. The long-term observation of yolks from 12 selected hen houses revealed great fluctuation of biophoton emissions over the course of the year. Nevertheless, it was remarkable that yolk samples with low contents of saturated fatty acids and high contents of polyunsaturated fatty acids showed the highest biophoton intensities. These samples originated from farms that offer both a green free range and feed including vegetables or dried grass. As KÖHLER had shown, feeding green stuff leads to higher light emissions of yolks and also influences the profile of fatty acids. Further examinations will be necessary to clarify the causality between fatty acid composition of the yolk and its biophoton emission. Another target of the described projects was to test the suitability of biophoton measurement for verifying the organic origin of eggs. In discriminant analyses egg samples of both studies were assigned to the categories 'organic' or 'conventional' according to their emission values. The hit ratio was about 70 %. This result is interesting considering the lack of techniques to distinguish between organically and conventionally produced eggs up to now. Optimization of measuring technique and procedure may improve the capability of the method. In any case, biophoton measurement could be used as a screening method. Detection of extremely low values would suggest a check of management conditions at the relevant farm, followed by comparison with standards for the respective animal husbandry system

Field study on the applicability of the biophoton measurement for the differentiation of chicken eggs from organic and conventional production

Ökologische Lebensmittel gewinnen beim Verbraucher zunehmend an Ansehen. Zwar ist die Qualität von Bio-Erzeugnissen gesetzlich geregelt, doch stellt die EG-Öko-Verordnung ausschließlich Anforderungen an die Produktionsweise und nicht an die Produktqualität als solche. Herkömmliche Methoden reichen zum Nachweis der überlegenen Qualität von Bio-Lebensmitteln nicht aus. Ganzheitliche Ansätze, wie die Biophotonenmessung nach F.A. Popp, erweitern den bestehenden quantitativ-analytischen Qualitätsbegriff um Merkmale, die auf dem 'organisierten Miteinander' der Produktkomponenten beruhen und von der Produktionsweise beeinflusst werden. Die Biophotonenmethode beruht auf der Messung ultraschwacher Lichtemissionen (Biophotonen), welche ständig von elektromagnetischen Feldern lebender biologischer Systeme abgegeben werden. Mithilfe hochempfindlicher Photomultiplier wird ? nach kurzer Beleuchtung ? die Biophotonenemission pflanzlicher oder tierischer Proben gemessen, und so deren Lichtspeicherfähigkeit untersucht. B. KÖHLER zeigte, dass sich Dotter von Hühnereiern aus verschiedenen Haltungsformen in ihrer Biophotonenemission unterscheiden [Der Einfluss von Haltung, Fütterung und Beleuchtung auf die Biophotonenemission (delayed luminescence) sowie herkömmliche Qualitätsparameter von Hühnereiern. Dissertation, Universität Kassel, Verlag KWALIS GmbH, Dipperz, 2001]. Unter standardisierten Versuchsbedingungen wirkten sich Sonnenlicht, tageslichtähnliche Stallbeleuchtung und Grünfutter positiv auf die Biophotonenemission von Dottern aus. In der vorliegenden Studie wurde auf Praxisebene (d.h. unter nicht-standardisierten Bedingungen) untersucht, ob die Biophotonenemission als Prüfkriterium für Bio-Eier geeignet ist. Von Juli 2005 bis November 2006 wurde eine Datenbank mit handelsüblichen Konsumeiern aus den Produktionsformen Käfig-, Boden-, Freiland- und Bio-Haltung sowie aus kleinbäuerlicher Erzeugung erstellt (ca. 900 Eier). So sollte zunächst geklärt werden, wie groß die Unterschiede der Biophotonenemissionen von Dottern auf Praxisebene sind. Im zweiten Projekt, einer Langzeitbeobachtung, wurde die Stabilität der Biophotonenwerte eines Produktionsbetriebes im jahreszeitlichen Verlauf überprüft. Ab Mai 2006 wurden ein Jahr lang monatlich Eierproben von 12 Legehennenställen mittels Biophotonenmethode untersucht (2 Käfig-, 4 Boden-, 2 Freiland-, 4 Bio-Haltungssysteme, ca. 2300 Eier). Ferner wurden klassische Eiqualitätsmerkmale (wie Eigewicht, Bruchfestigkeit der Schale, Eiklarhöhe, Dotterfarbe und -anteil, Fettsäuremuster und Oxidationsneigung) bestimmt und Informationen zu Tieralter, Herdengröße, Art der Stallbeleuchtung, Futterzusammensetzung und Klimaeinflüssen eingeholt, um weiter Aufschluss über Herkunft und Bedeutung der Biophotonenemission bei Eidottern zu erhalten. Als Biophotonenparameter wurde die 'Nachleuchtintensität' der Eidotter nach optischer Anregung über 30 Sekunden ausgewertet. Sie berechnet sich aus der Summe der Signale in den letzten 40 Sekunden einer ein-minütigen Messung. Während sich Dotter aus konventionellen Haltungsformen bezüglich der Nachleuchtintensität nur geringfügig unterschieden, hoben sich die Bio-Dotter wie auch diejenigen aus kleinbäuerlicher Haltung in der Regel sehr deutlich durch höhere Messwerte ab. Die langfristige Untersuchung von Dottern ausgewählter Produktionsbetriebe ergab im Jahresverlauf beachtliche Schwankungen. In den Wintermonaten verringerte sich der Intensitätsunterschied von Dottern aus biologischer und konventioneller Erzeugung. Auffällig war, dass Dotterproben, welche hohe Biophotonenwerte lieferten, vergleichsweise geringe Gehalte an gesättigten, und hohe Gehalte an mehrfach ungesättigten Fettsäuren aufwiesen. Entsprechende Proben stammten von Betrieben, in denen bewachsene Ausläufe angeboten und/oder Salat, Gemüse bzw. Grünmehl verfüttert wurde. Die Gabe von Grünfutter führt nach KÖHLER zu einer Steigerung der Biophotonenemission, beeinflusst aber gleichzeitig auch das Fettsäuremuster der Eier. Der mögliche Kausalzusammenhang zwischen Grünfutter und Fettsäurezusammensetzung muss weiter untersucht werden. Abschließend wurde überprüft, ob sich die Biophotonenmethode zum Nachweis von Bio-Qualität bei Eiern eignet. Mittels Diskriminanzanalyse wurde eine Klassifizierung der Eierstichproben in die Kategorien 'Bio' und 'Konventionell' vorgenommen, wobei sich Trefferquoten von gut 70 % ergaben. Angesichts dessen, dass zur Differenzierung von Eiern aus biologischer und konventioneller Produktion bislang noch kein Prüfsystem zur Verfügung steht, ist dieses Ergebnis sehr interessant. Zudem dürfte sich die Genauigkeit durch Optimierungen in Technik und Methodik der Messung erhöhen lassen. Vorstellbar wäre ein Einsatz der Biophotonenmethode als Screening-Verfahren auf dem Eiermarkt. Auffallend niedrige Biophotonenwerte könnten Anlass sein, die betrieblichen Voraussetzungen zu kontrollieren und mit den Vorgaben des entsprechenden Haltungssystems zu vergleichen.Consumer demand for organic food is increasing. Conventional quality criteria are based on assay of individual chemical compounds, which depend much more on local conditions, climate and breed than on the production method. So alternatives need to be found to distinguish between organic and conventional food. Complementary approaches look at biological systems as a whole and focus on the inner structure of products. As shown in many studies, holistic criterions reflect differences in food quality, which are caused by the production method. F.A. POPP has rediscovered ultra weak light emissions that are presumed to originate from electromagnetic fields in living organisms. So-called 'biophotons' can be detected by highly sensitive photomultipliers as 'delayed luminescence' after illumination of the sample. Associated with living processes, the radiation reflects the state of the living tissue. In 2001 B. KÖHLER showed that egg yolks emit varying biophoton intensities depending on the husbandry system. Using standardized test conditions KÖHLER found that exposition to sunlight or to lighting that was similar to daylight, as well as feeding of green stuff, enhanced biophoton emission of yolks. The present investigation has been carried out under conditions of commercial egg production to discover whether biophoton emission is a suitable quality criterion for organic eggs. From July 2005 to November 2006, about 900 eggs have been collected in food stores and on farms. The biophoton intensity of each egg was determined and entered into a database according to its way of production (cage, deep litter, free-range, organic or from smallholders). The aim of this examination was to determine the differences in light emission of eggs originating from various production systems without standardized husbandry conditions. As a second project, a long-term observation has been conducted to see whether biophoton values of eggs remain stable over time. During the course of one year (from May 2006), biophoton emission has been measured each month. Samples have been taken from twelve hen houses with different husbandry systems: 2 houses with cage system, 4 with deep litter, 2 houses with free-range system and 4 organic farms ? adding up to more than 2,300 eggs. In addition to the measurement of biophoton emissions, conventional egg quality criteria have also been determined: egg mass, breaking strength of egg shell, albumen height, yolk color, proportion of yolk, fatty acid profile and lipid oxidation. Farmers have been interviewed about the age of their hens, flock size, lighting conditions and feed composition. Climatic conditions have been researched on the internet. It was expected that comparison of all collected data would give information on the origin and meaning of biophoton emission of egg yolks. In the present studies yolks were exposed to white light for 30 seconds. Delayed luminescence was detected for the duration of 60 seconds. The biophoton parameter used has been defined as the sum of light emission during the last 40 seconds of the measurement. Egg yolks from different animal husbandry systems differed in biophoton emissions. However, while conventionally produced egg yolks showed only minor differences, organic eggs as well as eggs from smallholders were characterized by clearly higher intensities. The long-term observation of yolks from 12 selected hen houses revealed great fluctuation of biophoton emissions over the course of the year. Nevertheless, it was remarkable that yolk samples with low contents of saturated fatty acids and high contents of polyunsaturated fatty acids showed the highest biophoton intensities. These samples originated from farms that offer both a green free range and feed including vegetables or dried grass. As KÖHLER had shown, feeding green stuff leads to higher light emissions of yolks and also influences the profile of fatty acids. Further examinations will be necessary to clarify the causality between fatty acid composition of the yolk and its biophoton emission. Another target of the described projects was to test the suitability of biophoton measurement for verifying the organic origin of eggs. In discriminant analyses egg samples of both studies were assigned to the categories 'organic' or 'conventional' according to their emission values. The hit ratio was about 70 %. This result is interesting considering the lack of techniques to distinguish between organically and conventionally produced eggs up to now. Optimization of measuring technique and procedure may improve the capability of the method. In any case, biophoton measurement could be used as a screening method. Detection of extremely low values would suggest a check of management conditions at the relevant farm, followed by comparison with standards for the respective animal husbandry system

Tethered balloon-borne turbulence measurements during the Arctic field campaign AO2018 in 2018 (Balloon_Hotwire_20180910_2010_2129)

The tethered balloon system BELUGA (Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere) was operated from an ice floe next to IB ODEN (around 89°37.0' N , 40°46.5'E). The measurements were taken during the AO2018 (Arctic Ocean) - MOCCHA (Microbiology-Ocean-Cloud Coupling in the High Arctic) campaign on 14 days in the period 18 August to 13 September 2018. For this campaign, a 9 m³ helium filled balloon with modular instrumentation was used. This dataset includes measurements of wind turbulence with a hot-wire anemometer (for instrument characteristics and methods see Egerer et al., 2019)

Tethered balloon-borne turbulence measurements during the Arctic field campaign AO2018 in 2018 (Balloon_Hotwire_20180911_0858_1018)

The tethered balloon system BELUGA (Balloon-bornE moduLar Utility for profilinG the lower Atmosphere) was operated from an ice floe next to IB ODEN (around 89°37.0' N , 40°46.5'E). The measurements were taken during the AO2018 (Arctic Ocean) - MOCCHA (Microbiology-Ocean-Cloud Coupling in the High Arctic) campaign on 14 days in the period 18 August to 13 September 2018. For this campaign, a 9 m³ helium filled balloon with modular instrumentation was used. This dataset includes measurements of wind turbulence with a hot-wire anemometer (for instrument characteristics and methods see Egerer et al., 2019)