Ice Nucleating Particles in the Arctic: A story of their abundance, properties and possible origin from the Little Ice Age to the current age of unpreceded Arctic warming

Die Eisbildung in Wolken wirkt sich auf die Niederschlagsbildung, die optischen Eigenschaften, und die Persistenz der Wolken aus und beeinflusst somit das Wetter und das Klima. Sogenannte eisnukleierende Partikel (ice nucleating particle; INP), katalysieren den Gefrierprozess von Wolkentröpfchen und tragen so zur primären Eisbildung in Wolken bei. In dieser Arbeit wurden die Häufigkeit und die Eigenschaften von INP in der Arktis untersucht. Hierzu wurde ein Vielzahl an Proben analysiert: Proben zweier Eisbohrkerne (aus Spitzbergen und Grönland); Filterproben von Aerosolpartikeln, die an Bord eines Flugzeuges über dem arktischen Ozean nordöstlich von Grönland gesammelt wurden; Filterproben von Aerosolpartikeln, die an Bord eines Schiffes in der Nähe von Spitzbergen gesammelt wurden. Zusätzlich wurden auch Meeresoberflächenfilm-, Meerwasser- und Nebelwasserproben gesammelt. Es wurde festgestellt, dass die INP-Konzentrationen in der Arktis im Allgemeinen niedriger sind als in den mittleren Breiten. Und obwohl die INP-Konzentrationen bei einer Temperatur von Probe zu Probe eine hohe Variabilität aufweisen, bewegen sie sich seit der Kleinen Eiszeit im 16. Jahrhundert auf einem ähnlichen Niveau und zeigen keinen langfristigen Trend. Außergewöhnlich eisaktive Proben zeichnen sich durch hohe INP-Konzentrationen bei wärmeren Temperaturen (ca. über -15°C) aus. Die in diesen Fällen aktiven INP können auf einen biogenen Ursprung zurückgeführt werden. Ferner wurden eindeutige Hinweise auf das Vorhandensein lokaler mariner INP-Quellen gefunden in der Arktis gefunden. Dies ist ein interessantes Ergebnis, da auch gezeigt wurde, dass ohne signifikante Anreicherung während des Transfers vom Ozean in die Aerosolphase, die vorhandenen INP im Meerwasser die INP-Konzentration in der Luft nicht erklären können. Die INP-Konzentrationen Temperaturbereich unterhalb von -26°C, hingegen scheinen eher durch Ferntransport von Staub aus den mittleren Breiten und/oder terrestrischer Quellen in der Arktis bestimmt zu sein.:1 Introduction 2 Experimental 2.1 Campaign Overviews 2.1.1 Arctic Ice Cores 2.1.2 PAMARCMiP 2.1.3 PASCAL 2.2 Instrumentation 2.2.1 Droplet Freezing Assays 2.2.2 HERA 2.2.3 Low Volume Filter Sampler 2.2.4 SPIN 2.2.5 Sea and fog water sampling 2.2.6 Other Aerosol Instrumentation 2.3 Data analysis 2.3.1 INP concentration 2.3.2 Back trajectories 2.3.3 Sea ice fraction and thickness 2.3.4 Transmission Electron Microscopy 3 Results 3.1 INP measurements on Arctic ice core samples 3.1.1 Results & Discussion 3.1.2 Summary 3.2 Airborne INP measurements during PAMARCMiP 3.2.1 Results & Discussion 3.2.2 Summary 3.3 Ship-borne INP measurements during PASCAL 3.3.1 Results & Discussion 3.3.2 Summary 4 Summary and ConclusionIce formation in clouds impacts precipitation initiation, cloud optical properties, and cloud persistence, and hence influences weather and climate. At the base of the primary ice formation in clouds stands the ice nucleating particle (INP), which catalyzes the freezing process of cloud droplets. In this thesis, the abundance and properties of Arctic INP were investigated in samples from two ice cores (Svalbard and Greenland), in samples of aerosol particles collected on an aircraft over the Arctic ocean northeast of Greenland, and in ship-borne aerosol filter samples, as well as sea surface microlayer, bulk sea water and fog water samples collected in the vicinity of Svalbard. It was found that INP concentrations in Arctic are generally lower than in mid-latitudes. And while they show a high inter-sample variability, INP concentrations have been on similar levels since the Little Ice Age in the 16th century and show no long-term trend. Exceptionally ice-active samples are characterized by high INP concentrations at warmer temperatures (approximately above -15°C). The INP active in these cases were attributed to a biogenic origin. Furthermore, clear evidence for the presence of local marine INP sources was found in the Arctic. This is an interesting finding as it was also shown that without significant enrichment during the transfer from the ocean to the aerosol phase, the INP in the sea water can not explain the INP concentration in the air. INP concentrations temperature range below -26°C, on the other hand, appear to be determined more by long-range transport of dust from mid-latitudes and/or terrestrial sources in the Arctic.:1 Introduction 2 Experimental 2.1 Campaign Overviews 2.1.1 Arctic Ice Cores 2.1.2 PAMARCMiP 2.1.3 PASCAL 2.2 Instrumentation 2.2.1 Droplet Freezing Assays 2.2.2 HERA 2.2.3 Low Volume Filter Sampler 2.2.4 SPIN 2.2.5 Sea and fog water sampling 2.2.6 Other Aerosol Instrumentation 2.3 Data analysis 2.3.1 INP concentration 2.3.2 Back trajectories 2.3.3 Sea ice fraction and thickness 2.3.4 Transmission Electron Microscopy 3 Results 3.1 INP measurements on Arctic ice core samples 3.1.1 Results & Discussion 3.1.2 Summary 3.2 Airborne INP measurements during PAMARCMiP 3.2.1 Results & Discussion 3.2.2 Summary 3.3 Ship-borne INP measurements during PASCAL 3.3.1 Results & Discussion 3.3.2 Summary 4 Summary and Conclusio

Understanding the Formation and Evolution of Nuclei in Galaxies using N-body Simulations

Central massive objects like supermassive black holes and stellar nuclear clusters are common in all type of galaxies. I use N-body simulations to study the formation and evolution of nuclear clusters and to investigate the influence of the dynamical evolution of disc galaxies on the structural and kinematical properties of the host galaxy. I show that the second moment of velocities determine a lower limit on the dissipative formation process, which is about 50% in the case of the nuclear cluster in the late-type spiral galaxy NGC 4244. The vertical anisotropy of nuclear clusters can be used to determine an upper limit on the formation process due to merger or accretion of star clusters, which is about 10% for the nuclear cluster in NGC 4244. This is the first time that we have strong evidence of a hybrid formation scenario for nuclear clusters. In a set of 25 galaxy simulations I study bar formation in disc galaxies. I show that bar formation lead to the increase in mass in the central region of galaxies. This mass increase raises the velocity dispersion of stars in the disc and bulge component, which explains the offset of barred galaxies in the relation between the mass of the supermassive black hole, M, and the velocity dispersion of stars in the bulge, e , the M - e relation (Gueltekin et al. 2009). While Graham et al. (2011) argued that the orbital structure of stars within the bar could be responsible for the observed offset of barred galaxies from the M - e relation of unbarred galaxies, I show that the effect of stellar orbits in bars on e is less than 15% compared to the increase in mass which raises e by 40%. The offset I find in the simulation is comparable to the offset using the recent sample of M measurements of elliptical, unbarred and barred disc galaxies from Gueltekin et al. (2009)

Besov regularity of solutions to the p-Poisson equation

In this paper, we study the regularity of solutions to the $p$-Poisson equation for all $1<p<\infty$. In particular, we are interested in smoothness estimates in the adaptivity scale $B^\sigma_{\tau}(L_{\tau}(\Omega))$, $1/\tau = \sigma/d+1/p$, of Besov spaces. The regularity in this scale determines the order of approximation that can be achieved by adaptive and other nonlinear approximation methods. It turns out that, especially for solutions to $p$-Poisson equations with homogeneous Dirichlet boundary conditions on bounded polygonal domains, the Besov regularity is significantly higher than the Sobolev regularity which justifies the use of adaptive algorithms. This type of results is obtained by combining local H\"older with global Sobolev estimates. In particular, we prove that intersections of locally weighted H\"older spaces and Sobolev spaces can be continuously embedded into the specific scale of Besov spaces we are interested in. The proof of this embedding result is based on wavelet characterizations of Besov spaces.Comment: 45 pages, 2 figure

Innovation Hub als Nukleus regionaler Entwicklung

Das Konzept des Innovation Hubs aufgreifend wird im folgenden Beitrag der Frage nachgegangen, ob sich Innovation Hubs auch außerhalb von Stadtzentren entwickeln können und welche Voraussetzungen hierfür erforderlich sind. Basierend auf empirischen Untersuchungen wird diskutiert, ob geeignete Bedingungen für die Entwicklung eines Innovation Hubs im regionalen Wachstumskern Schönefelder Kreuz gegeben sind, und mittels Szenarien antizipiert wie diese Standortbedingungen in einem zukünftigen Innovation Hub ausgeprägt sein könnten