1. Wochenbericht MSM61

Maria S. Merian MSM61 (Mindelo – Las Palmas) 18.02.2017 - 27.02.2017 Tropischer Ostatlanti

2. Wochenbericht MSM61

Maria S. Merian MSM61 (Mindelo – Las Palmas) 18.02.2017 - 27.02.2017 Tropischer Ostatlanti

CO2 and O2 Dynamics and Ocean-Atmosphere Fluxes in the Eastern Tropical North Atlantic

This thesis describes the development and field evaluation of new methods and instruments for autonomous measurements of CO2 partial pressure (pCO2) in the ocean. An autonomous profiling float conducted for the first time high resolution pCO2 measurements in the water column and at the surface in the tropical eastern North Atlantic. Along with time series data from the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO) seasonal variability of CO2 and O2 air-sea fluxes was examined. Furthermore, episodic mesoscale oceanographic structures in the vicinity of CVOO were for the first time detected and described by means of different autonomous measurement approaches. These structures carried an extreme biogeochemical environment (subsurface anoxia), which has not been observed before in this region

Wave-Glider-Nutzlast-Modul sowie Wave-Glider-Nutzlast-System

Wave-Glider-Nutzlast-Modul (1) mit- einem Grundträger (11), wobei dieser Grundträger (11) in eine Wave-Glider-Nutzlast-Modul-Aufnahme in einem Wave-Glider einsetzbar ist;- wenigstens einer Geräte-Aufnahme (12) für wissenschaftliche Geräte und/oder Messgeräte und/oder Sensoren befestigt in dem Grundträger (11), wobei die wissenschaftlichen Geräte und/oder Messgeräte und/oder Sensoren auf der Geräte-Aufnahme (12) wenigstens teilweise oder vollständig innerhalb des Grundträgers (11) anordenbar sind; wobei- der Grundträger (11) U-förmig ausgebildet ist und- die Geräte-Aufnahme (12) als Platte mit Rasterbohrungen zur Aufnahme von Adaptern und/oder Schraubverbindungen und/oder Schrauben und/oder Kopplungsmitteln ausgebildet ist

Anwendungsgewahre statische Spezialisierung vormals dynamischer Systemaufrufe zur Verbesserung nichtfunktionaler Eigenschaften eingebetteter Echtzeitsysteme

Eingebettete Systeme sind aus unserem heutigen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie sind allgegenwärtig in fast jedem Moment unseres täglichen Lebens um uns vorhanden und unterstützen unseren Alltag. Wir erwarten von diesen Systemen gleichzeitig sowohl hohe Kosteneffizienz in Entwicklung als auch Produktion. Gleichzeitig erwarten wir, dass diese zuverlässig arbeiten und stets erwartungsgemäß reagieren. Dies führt gerade bei der großen Stückzahl und dem weiter steigenden Vorkommen dieser Systeme zu einem immensen Druck auf den Entwicklungsprozess neuer Systeme. Während ein fertiges System entsprechend der Umgebung eine festgelegte Aufgabe und damit eine festgelegte Software-Anwendung hat, die es ausführt, sind die für dessen Implementierung und Ausführung verwendeten Werkzeuge nicht speziell für genau diese Aufgabe gedacht, sondern für eine Vielzahl möglicher Anwendungen. Dies bedeutet, dass sie einen deutlich größeren Funktionsumfang und eine größere Flexibilität in der Verwendung dessen ermöglichen, als von der konkreten Anwendung benötigt wird. In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit den Echtzeitbetriebssystemen (EZBS), die als Ausführungsgrundlage dienen. Diese stellen ein breites Spektrum an Primitiven verschiedener Systemobjektklassen dazugehöriger Interaktionsmethoden zur Verfügung, von denen eine Anwendung nur eine Teilmenge verwendet. Bei den hier betrachteten dynamisch konfigurierten Systemen werden alle Systemobjekte zur Laufzeit konfiguriert und auch ihre Interaktionen sind ausschließlich durch den Verlauf des Programmcodes bestimmt. Ein Betriebssystem muss dementsprechend jederzeit beliebige Systemaufrufe akzeptieren können, auch wenn diese von der Anwendung nicht ausgeführt werden. Diese Freiheit verursacht pessimistische Annahmen für mögliche Interaktionsmuster und erzwingt eine dynamische Verwaltung aller Systemzustände und Systemobjekte. In dieser Arbeit stelle ich daher Verfahren vor, mit denen systematisch und automatisiert vormals dynamische Systemaufrufe unter Beachtung der Anforderungen einer gegebenen Anwendung statisch spezialisiert werden können, sodass sich insgesamt die nichtfunktionalen Eigenschaften des Gesamtsystems verbessern. Mittels statischer Analyse ermittle ich die von der Anwendung verwendeten Systemobjekte und deren mögliche Interaktionen. Mit diesem Wissen führe ich in Spezialisierungen in der Phase des Systemstarts und in der Arbeitsphase des Systems zur Übersetzungszeit durch. Der Systemstart optimiere ich, indem semantisch statische Systemobjekte bereits zur Übersetzungszeit instanziiert werden. Interaktionen während der Arbeitsphase optimiere ich, indem ich auf die tatsächlichen Verwendungsmuster spezialisierte Implementierungen von Systemobjekten und deren Interaktionen einsetze. Mit diesen Spezialisierungen bin ich in der Lage, sowohl Laufzeit als auch Speicherbedarf eines spezialisierten Systems zu reduzieren. Den Systemstart kann ich um bis zu 67 % beschleunigen. Bei der Ausführungszeit eines einzelnen Systemaufrufs zur Kommunikation zweier Systemobjekte sind bis zu 43 % Reduktion möglich. Als Ergebnis dieser Arbeit kann ich zeigen, dass eine automatische anwendungsgewahre statische Spezialisierung von vormals dynamischen Systemaufrufen gewinnbringend möglich ist. Dabei kann ich das Ergebnis von Systemaufrufen zur Laufzeit vorausberechnen und damit sowohl die sonst benötigte Laufzeit reduzieren, als auch eventuell nicht mehr benötigte Systemaufrufimplementierungen im Betriebssystem einsparen. Durch den Einsatz von anwendungsangepassten Implementierungen von Systemaufrufen ist eine weitere Verbesserung gegeben. Dies ist in einem fließenden Übergang möglich, sodass diejenigen Komponenten, die die Flexibilität der dynamischen Betriebssystemschnittstelle benötigen, diese weiterhin uneingeschränkt zur Verfügung steht. Die funktionalen Eigenschaften und Anforderungen werden dabei unter keinen Umständen verletzt.DFG/Sachbeihilfe im Normalverfahren/LO 1719/4-1/E

CO2 und O2 Dynamiken und Ozean-Atmosphäre Flüsse im östlichen tropischen Nordatlantik

This thesis describes the development and field evaluation of new methods and instruments for autonomous measurements of CO2 partial pressure (pCO2) in the ocean. An autonomous profiling float conducted for the first time high resolution pCO2 measurements in the water column and at the surface in the tropical eastern North Atlantic. Along with time series data from the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO) seasonal variability of CO2 and O2 air-sea fluxes was examined. Furthermore, episodic mesoscale oceanographic structures in the vicinity of CVOO were for the first time detected and described by means of different autonomous measurement approaches. These structures carried an extreme biogeochemical environment (subsurface anoxia), which has not been observed before in this region.Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Evaluierung neuer Methoden und Instrumente für die autonome Messung von CO2 Partialdruck (pCO2) im Ozean. Ein autonom profilierender Tiefendrifter hat zum ersten Mal hochaufgelöste Messungen für pCO2 sowohl in der Wassersäule als auch im Oberflächenozean des östlichen tropischen Nordatlantiks durchgeführt. Zusammen mit Zeitserien Daten von dem Kapverdischen Ozean Observatorium (CVOO) wurde die saisonale Variabilität von CO2 und O2 Ozean-Atmosphäre-Flüssen genauer untersucht. Weiterhin konnten mittels der Kombination von unterschiedlichen autonomen Beobachtungsansätzen episodisch auftretende, mesoskalige Strukturen im Ozean bei CVOO erstmals detektiert und beschrieben werden. Diese Strukturen besitzen eine extreme biogeochemische Signatur (Anoxie unterhalb der durchmischten Deckschicht), welche in dieser Region so noch nie beobachtet werden konnte

In situ quality assessment of a novel underwater pCO2 sensor based on membrane equilibration and NDIR spectrometry

We present a detailed quality assessment of a novel underwater sensor for the measurement of CO2 partial pressure (pCO2) based on surface water field deployments carried out between 2008 and 2011. The commercially available sensor, which is based on membrane equilibration and NDIR spectrometry is small and can be integrated into mobile platforms. It is calibrated in water against a proven flow-through pCO2 instrument within a custom-built calibration setup. The aspect of highest concern with respect to achievable data quality of the sensor is the compensation for signal drift inevitably connected to absorption measurements. We use three means to correct for drift effects: (i) a filter correlation or dual-beam setup, (ii) regular zero gas measurements realized automatically within the sensor and (iii) a zero-based transformation of two sensor calibrations flanking the time of sensor deployment. Three sensors were tested against an underway pCO2 system during two major research cruises providing an in situ temperature range from 7.4 to 30.1°C and pCO2 values between 289 and 445 μatm. The average difference between sensor and reference pCO2 was found to be -0.6 ± 3 μatm with a RMSE of 3.7 μatm

A Novel Autonomous Observation Platform for Multi-Disciplinary Investigations at the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO)

In order to investigate the spatial and temporal variability (daily, seasonal and inter-annual) of CO2 and O2 air-sea fluxes and their underlying processes, a dense network of observations is required. For this purpose, the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO) provides a unique infrastructure. Information thus obtained also links biological productivity and atmospheric composition. To expand these capabilities, a novel “virtual mooring” approach for high resolution measurements, based on a modified NEMO profiling float, is pursued. This Profiling Float was equipped with O2 and pCO2 sensors for the first time, in order to collect daily depth profiles (0-200 m) in the vicinity of the ocean site. Data access and remote control is provided through Iridium satellite telemetry. Recalibrations and redeployments are carried out every 1-3 month. First, we present the new developed instrument and the innovative in situ and real-time approach behind. Second, we show the inter-disciplinary scientific objectives which will benefit from this approach as a result of the intensive partnership between IFM-GEOMAR and INDP during the last years