Anwendung von Trajektorien zur ENVISAT-Validierung und zur Untersuchung der Luftmassenherkunft in der Stratosphäre

Trajektorien beschreiben die von Luftpaketen zurückgelegten Wege. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation bilden sie die Grundlage für die Überprüfung – oder Validierung – von Messgeräten auf dem europäischen Umweltsatelliten ENVISAT (ENVIronmental SATellite). Mit Hilfe von Trajektorien wurden hier Luftmassen identifiziert, für die sowohl von einem ENVISAT-Instrument (SCIAMACHY bzw. MIPAS-E) als auch von einem ballongebundenen Referenzmessgerät (LPMA/DOAS bzw. BONBON) Spurengasprofile bestimmt wurden. Die Berechnung der Trajektorien erfolgte mit einem Modell, das an der Freien Universität Berlin (FUB) entwickelt wurde. Bei diesem hybriden Modell wird die Trajektorienposition aus einer kinematischen Lösung, die aus den horizontalen Windfeldern abgeleitet wird, und aus einer dynamischen Lösung, die auf der Analyse des Montgomery-Potentials beruht, bestimmt. Anhand von Sensitivitätsstudien für verschiedene Modellparameter (horizontale und vertikale Auflösung sowie Vertikaltransport) wurde die Güte der berechneten Trajektorien untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Unterschiede in der Trajektorienposition, die sich im Vergleich zu anderen Trajektorienmodellen ergeben, in derselben Größenordnung liegen wie die Differenzen, die sich bei einer Kombination aller untersuchten Parameter des FUB-Modelles ermitteln lassen. Mit Hilfe von Fallstudien konnte nachgewiesen werden, dass die trajektorienbasierte Methode zur Ermittlung von Koinzidenzen bzw. Matches zwischen dem Satelliten- und dem Balloninstrument die Validierungsergebnisse nicht wesentlich beeinflusst. Für einzelne SCIAMACHY-Limb-Koinzidenzen mit LPMA/DOAS-Messungen konnte für O3 und NO2 festgestellt werden, dass die Art des verwendeten Trajektorienmodelles i. Allg. keine Auswirkungen auf die ermittelten Satelliten-Matches hat. Darüberhinaus ist im betrachteten zeitlichen Abstand zwischen Ballon- und Satellitenmessung von maximal einem Tag die photochemische Modellierung für NO2 robust gegenüber Änderungen in den zugrundeliegenden Trajektorien. Auf der Basis von bis zu 5-Tages-Trajektorien wurden außerdem MIPAS-E-Profile der langlebigen Spurengase CH4 und N2O anhand von BONBON-Messungen validiert. Auch für diese Anwendung konnte gezeigt werden, dass der methodisch bedingte Fehler i. Allg. deutlich unterhalb des kombinierten Fehlers aus beiden Messgeräten liegt. In einer abschließenden Untersuchung wurde anhand von Langzeittrajektorien die Luftmassenherkunft im Winter 2002/03 bestimmt. Die hohe vertikale Auflösung bei der Initialisierung der Trajektorien ermöglichte es, die komplexe vertikale Struktur des Luftmassenursprunges für die u.a. Anfang März 2003 innerhalb des Polarwirbels gemessenen Spurengaskonzentrationen abzubilden. Diese Messungen zeigen um ca. 25 km eine Höhenschicht mit einem hohen Anteil von Luftmassen mesosphärischen Ursprunges. Als Ursache dafür konnten die frühe Ausbildung eines kalten, kräftigen Polarwirbels zu Beginn des Winters und das verstärkte, aber trotzdem relativ ungestörte Absinken dieser Schicht aufgrund von Stratosphärenerwärmungen identifiziert werden.thesi

Donor contributions to the strengthening of the African peace and security architecture

"On the African continent the establishment of the African Union (AU) in the year 2003 was significant in terms of the development of a new African Peace and Security Architecture (APSA). In reaction to the African reform dynamics and the emerging international security agenda, external actors have begun to adjust their instruments and rethink their choices for action. New security concepts as well as recent approaches in development policy and other policy fields explicitly aim to support the peace and security architecture in Africa. When it comes to external support these developments have led to a search for changing approaches spanning foreign, security and development policy. This study sets out to analyse the new APSA in the context of changing concepts for external support to it." (author's abstract

Long-term validation of ESA operational retrieval (version 6.0) of MIPAS Envisat vertical profiles of methane, nitrous oxide, CFC11, and CFC12 using balloon-borne observations and trajectory matching

MIPAS-Envisat is a satellite-borne sensor which measured vertical profiles of a wide range of trace gases from 2002 to 2012 using IR emission spectroscopy. We present geophysical validation of the MIPAS-Envisat operational retrieval (version 6.0) of N$_{2}$O, CH$_{4}$, CFC-12, and CFC-11 by the European Space Agency (ESA). The geophysical validation data are derived from measurements of samples collected by a cryogenic whole air sampler flown to altitudes of up to 34 km by means of large scientific balloons. In order to increase the number of coincidences between the satellite and the balloon observations, we applied a trajectory matching technique. The results are presented for different time periods due to a change in the spectroscopic resolution of MIPAS in early 2005. Retrieval results for N$_{2}$O, CH$_{4}$, and CFC-12 show partly good agreement for some altitude regions, which differs for the periods with different spectroscopic resolution. The more recent low spectroscopic resolution data above 20 km altitude show agreement with the combined uncertainties, while there is a tendency of the earlier high spectral resolution data set to underestimate these species above 25 km. The earlier high spectral resolution data show a significant overestimation of the mixing ratios for N$_{2}$O, CH$_{4}$, and CFC-12 below 20 km. These differences need to be considered when using these data. The CFC-11 results from the operation retrieval version 6.0 cannot be recommended for scientific studies due to a systematic overestimation of the CFC-11 mixing ratios at all altitudes

Muscular myostatin gene expression and plasma concentrations are decreased in critically ill patients.

BACKGROUND The objective was to investigate the role of gene expression and plasma levels of the muscular protein myostatin in intensive care unit-acquired weakness (ICUAW). This was performed to evaluate a potential clinical and/or pathophysiological rationale of therapeutic myostatin inhibition. METHODS A retrospective analysis from pooled data of two prospective studies to assess the dynamics of myostatin plasma concentrations (day 4, 8 and 14) and myostatin gene (MSTN) expression levels in skeletal muscle (day 15) was performed. Associations of myostatin to clinical and electrophysiological outcomes, muscular metabolism and muscular atrophy pathways were investigated. RESULTS MSTN gene expression (median [IQR] fold change: 1.00 [0.68-1.54] vs. 0.26 [0.11-0.80]; p = 0.004) and myostatin plasma concentrations were significantly reduced in all critically ill patients when compared to healthy controls. In critically ill patients, myostatin plasma concentrations increased over time (median [IQR] fold change: day 4: 0.13 [0.08/0.21] vs. day 8: 0.23 [0.10/0.43] vs. day 14: 0.40 [0.26/0.61]; p < 0.001). Patients with ICUAW versus without ICUAW showed significantly lower MSTN gene expression levels (median [IQR] fold change: 0.17 [0.10/0.33] and 0.51 [0.20/0.86]; p = 0.047). Myostatin levels were directly correlated with muscle strength (correlation coefficient 0.339; p = 0.020) and insulin sensitivity index (correlation coefficient 0.357; p = 0.015). No association was observed between myostatin plasma concentrations as well as MSTN expression levels and levels of mobilization, electrophysiological variables, or markers of atrophy pathways. CONCLUSION Muscular gene expression and systemic protein levels of myostatin are downregulated during critical illness. The previously proposed therapeutic inhibition of myostatin does therefore not seem to have a pathophysiological rationale to improve muscle quality in critically ill patients. TRIAL REGISTRATION ISRCTN77569430 -13th of February 2008 and ISRCTN19392591 17th of February 2011

ENVISAT validation and investigation of air mass origin in the stratosphere by the use of trajectories

1\. Einleitung 2\. Dynamik und Chemie der Stratosphäre 3\. Die Messung atmosphärischer Spurengase 4\. Trajektorienmodelle: Grundlagen und Fehlerquellen 5\. Untersuchungen zur Güte des Trajektorienmodelles der FU Berlin 6\. Fallstudien zur ENVISAT-Validierung mit Hilfe von Ballonmessungen 7\. Der Eintrag mesosphärischer Luft in die Stratosphäre im Winter 2002/03 8\. ZusammenfassungTrajektorien beschreiben die von Luftpaketen zurückgelegten Wege. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation bilden sie die Grundlage für die Überprüfung – oder Validierung – von Messgeräten auf dem europäischen Umweltsatelliten ENVISAT (ENVIronmental SATellite). Mit Hilfe von Trajektorien wurden hier Luftmassen identifiziert, für die sowohl von einem ENVISAT-Instrument (SCIAMACHY bzw. MIPAS-E) als auch von einem ballongebundenen Referenzmessgerät (LPMA/DOAS bzw. BONBON) Spurengasprofile bestimmt wurden. Die Berechnung der Trajektorien erfolgte mit einem Modell, das an der Freien Universität Berlin (FUB) entwickelt wurde. Bei diesem hybriden Modell wird die Trajektorienposition aus einer kinematischen Lösung, die aus den horizontalen Windfeldern abgeleitet wird, und aus einer dynamischen Lösung, die auf der Analyse des Montgomery-Potentials beruht, bestimmt. Anhand von Sensitivitätsstudien für verschiedene Modellparameter (horizontale und vertikale Auflösung sowie Vertikaltransport) wurde die Güte der berechneten Trajektorien untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Unterschiede in der Trajektorienposition, die sich im Vergleich zu anderen Trajektorienmodellen ergeben, in derselben Größenordnung liegen wie die Differenzen, die sich bei einer Kombination aller untersuchten Parameter des FUB-Modelles ermitteln lassen. Mit Hilfe von Fallstudien konnte nachgewiesen werden, dass die trajektorienbasierte Methode zur Ermittlung von Koinzidenzen bzw. Matches zwischen dem Satelliten- und dem Balloninstrument die Validierungsergebnisse nicht wesentlich beeinflusst. Für einzelne SCIAMACHY- Limb-Koinzidenzen mit LPMA/DOAS-Messungen konnte für O3 und NO2 festgestellt werden, dass die Art des verwendeten Trajektorienmodelles i. Allg. keine Auswirkungen auf die ermittelten Satelliten-Matches hat. Darüberhinaus ist im betrachteten zeitlichen Abstand zwischen Ballon- und Satellitenmessung von maximal einem Tag die photochemische Modellierung für NO2 robust gegenüber Änderungen in den zugrundeliegenden Trajektorien. Auf der Basis von bis zu 5 -Tages-Trajektorien wurden außerdem MIPAS-E-Profile der langlebigen Spurengase CH4 und N2O anhand von BONBON-Messungen validiert. Auch für diese Anwendung konnte gezeigt werden, dass der methodisch bedingte Fehler i. Allg. deutlich unterhalb des kombinierten Fehlers aus beiden Messgeräten liegt. In einer abschließenden Untersuchung wurde anhand von Langzeittrajektorien die Luftmassenherkunft im Winter 2002/03 bestimmt. Die hohe vertikale Auflösung bei der Initialisierung der Trajektorien ermöglichte es, die komplexe vertikale Struktur des Luftmassenursprunges für die u.a. Anfang März 2003 innerhalb des Polarwirbels gemessenen Spurengaskonzentrationen abzubilden. Diese Messungen zeigen um ca. 25 km eine Höhenschicht mit einem hohen Anteil von Luftmassen mesosphärischen Ursprunges. Als Ursache dafür konnten die frühe Ausbildung eines kalten, kräftigen Polarwirbels zu Beginn des Winters und das verstärkte, aber trotzdem relativ ungestörte Absinken dieser Schicht aufgrund von Stratosphärenerwärmungen identifiziert werden.Trajectories describe the paths air parcels take. Within this PhD thesis they provide the basis to validate instruments on board of the European ENVIronmental SATellite (ENVISAT) measuring several trace gases (e.g. O3, NO2, CH4, N2O). Trajectories were used to identify air masses, which were measured by one of the ENVISAT instruments (SCIAMACHY resp. MIPAS-E) as well as by a balloon-borne reference measurement (LPMA/DOAS resp. BONBON). Trajectories were calculated by a model developed at the Freie Universität Berlin. The quality of the trajectories was investigated by sensitivity studies for different model parameters (horizontal and vertical resolution, vertical advection). In addition a comparison with two other trajectory models was made. Case studies showed that the trajectory based method to detect coincidences between the satellite and the balloon-borne measurements has a negligible impact on the validation results. Finally, the air mass origin for the stratospheric winter 2002/03 was investigated by long term trajectories. By these studies, the reason and the point in time of the descent of mesospheric air masses into the stratosphere could be analysed

Long term validation of ESA operational retrieval (version 6.0) of MIPAS Envisat vertical profiles of methane, nitrous oxides, CFC-11 and CFC-12 using balloon borne observations and trajectory matching

MIPAS-Envisat is a satellite-borne sensor which measured vertical profiles of a wide range of trace gases from 2002 to 2012 using IR emission spectroscopy. We present geophysical validation of the MIPAS-Envisat operational retrieval (version 6.0) of N2O, CH4, CFC-12, and CFC-11 by the European Space Agency (ESA). The geophysical validation data are derived from measurements of samples collected by a cryogenic whole air sampler flown to altitudes of up to 34 km by means of large scientific balloons. In order to increase the number of coincidences between the satellite and the balloon observations, we applied a trajectory matching technique. The results are presented for different time periods due to a change in the spectroscopic resolution of MIPAS in early 2005. Retrieval results for N2O, CH4, and CFC-12 show partly good agreement for some altitude regions, which differs for the periods with different spectroscopic resolution. The more recent low spectroscopic resolution data above 20 km altitude show agreement with the combined uncertainties, while there is a tendency of the earlier high spectral resolution data set to underestimate these species above 25 km. The earlier high spectral resolution data show a significant overestimation of the mixing ratios for N2O, CH4, and CFC-12 below 20 km. These differences need to be considered when using these data. The CFC-11 results from the operation retrieval version 6.0 cannot be recommended for scientific studies due to a systematic overestimation of the CFC-11 mixing ratios at all altitudes

Tectonic subsidence history and thermal evolution of the Orange Basin

The Orange Basin offshore southwest Africa appears to represent a classical example of continental rifting and break up associated with large-scale, transient volcanism. The presence of lower crustal bodies of high seismic velocities indicates that large volumes of igneous crust formed as a consequence of lithospheric extension. We present results of a combined approach using subsidence analysis and basin history inversion models. Our results show that a classical uniform stretching model does not account for the observed tectonic subsidence. Moreover, we find that the thermal and subsidence implications of underplating need to be considered. Another departure from the uniform stretching model is renewed sub-crustal thinning and linked to that uplift in the Cenozoic that is necessary to reproduce the observed phases of erosion and the present-day depth of the basin. The dimension of these events has been examined and quantified in terms of tectonic uplift and sub-crustal thinning. Based on these forward models we predict the heat flow evolution not only for the available real wells but also for virtual wells over the entire study area. Finally, the hydrocarbon potential and the temperature evolution is presented and shown in combination with inferred maturation of the sediments for depth intervals which comprise potential source rocks. © 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved