Bestimmung des atmosphärischen Konvektionspotentials über Thüringen

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG) und der Goethe-Universität Frankfurt (GUF) fand in Kooperation mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) eine umfassende Studie zum konvektiven Unwetterpotential über Thüringen statt. Unwetterereignisse, die durch konvektive Prozesse in der Atmosphäre verursacht werden, besitzen ein nicht unerhebliches Schadenspotential, obwohl sie oftmals eine räumlich eng begrenzte Ausdehnung aufweisen. Aufgrund ihrer Charakteristik ist sowohl die Vorhersage solcher Ereignisse, als auch eine vollständige, systematische Erfassung für eine detaillierte Auswertung längerer Zeitreihen noch immer eine Herausforderung. Zusätzliches Interesse besteht in der Abschätzung der durch den Klimawandel abhängigen Entwicklung des zukünftigen Gefährdungspotentials konvektiver Unwetter. Für eine gezielte Untersuchung des Themenkomplexes ist eine Vielzahl unterschiedlicher Daten und Methoden verwendet worden. Mit Hilfe von Fernerkundungsdatensätzen wird ein räumlich differenziertes Gefährdungspotential über Thüringen nachgewiesen. Bedingt durch das Relief ist das Auftreten von Konvektion am häufigsten und intensivsten über dem südlichen Thüringer Wald und dessen Ostrand zu beobachten, während Nordthüringen eine deutlich geringere Aktivität solcher Unwetterereignisse aufweist. Eine Abschätzung mittels globaler Klimamodelle und daraus abgeleiteten Wetterlagen zeigt unter Berücksichtigung des RCP8.5 Klimaszenarios für die nahe Zukunft (2016-2045) eine Zunahme des Gefährdungspotentials durch konvektive Unwetter. Aufgrund des Anstiegs feuchter Wetterlagen (49 % auf 82 %) erhöht sich die Zunahme der Gefährdung für den Zeitraum 2071-2100 noch deutlicher. Im Vergleich zu diesem statistischen Ansatz nimmt die projizierte Gefährdung durch extreme Ereignisse erheblich zu (Faktor 6), wenn die Ergebnisse expliziter Simulationen konvektiver Ereignisse mit einem regionalen Klimamodell (mit horizontaler Gitterdistanz von 1 km) und eine Zunahme der Tage mit konvektiven Extremereignissen berücksichtigt werden. Ein Anstieg der Gefährdung durch konvektive Unwetter in der Zukunft ist wahrscheinlich. Eine Quantifizierung bleibt jedoch unsicher

Erstellung einer radargestützten Niederschlagsklimatologie

Es ist Konsens in der Klimaforschungsgemeinschaft, dass der globale Klimawandel mit großer Wahrscheinlichkeit mit einer erhöhten Häufigkeit von witterungsbedingten Naturkatastrophen einhergeht [IPCC, 2011]. Grundlage für diese Schlussfolgerung sind im Wesentlichen die Ergebnisse globaler und regionaler Klimasimulationen. Neben Windstürmen sind insbesondere Auftreten und Häufigkeit von hydrometeorologischen Extremereignissen wie z. B. Starkregen oder Dürre ursächlich für korrespondierende Naturkatastrophen, die für den Katastrophenschutz relevant sind. So sind die Anzahl von Umwelteinsätzen der Feuerwehr im Nachgang von Extremereignissen wie Starkregen oder Hagel [Geier, 2009] sowie die Zahl der wetterbedingten Einsätze des Technischen Hilfswerks in den vergangenen Jahren gestiegen [Strotmann, 2011]. Dieser Trend wird von einer Befragung der im Katastrophenschutz eingebundenen Organisationen bestätigt, nach deren Ergebnissen neben Sturmereignissen vor allem Hochwasser vermehrt Einsätze nach sich ziehen

Laserspektroskopische Ferndetektion zur Erkennung von Gefahrstoffen auf Kleindrohnen

In den letzten Jahrzehnten haben sich die globale Sicherheitsarchitektur und die Sicherheitsrisiken in der Gesellschaft grundlegend geändert. Direkte und indirekte Bedrohungen wie zum Beispiel Terrorismus, Organisiertes Verbrechen oder Piraterie stellen neue Anforderungen an Innere Sicherheit und Verteidigung. Bei geplanter oder unbeabsichtigter Freisetzung von CBE Kampf- und Gefahrstoffen erfordert die schnelle Aufklärung eine schnelle, flexible und zuverlässige Detektion von CBE-Substanzen und Kontaminationen. LUCS ist ein innovatives drohnengestütztes Ferndetektionssystem, welches im Rahmen der DLR Sicherheitsforschung vom DLR Institut für Technische Physik entwickelt wurde. Basierend auf einer laserspektroskopischen Technik ist das MAV-gestützte System (Micro Air Vehicle) insbesondere für den Einsatz zur berührungslosen Erkennung und Klassifizierung von chemischen und biologischen Gefahrstoffen auf Oberflächen ausgelegt. Das Zusammenspiel zwischen LUCS und dem Coptersystem ermöglicht uneingeschränkten Bewegungsfreiraum, wodurch Kontaminationen nicht nur punktuell erfasst, sondern auch großflächig lokalisiert werden können. Anhand einer On-board Datenverarbeitung können die Messdaten in nahezu Echtzeit an die Bodenstation übermittelt werden

UAV-getragenes laserinduziertes Fluoreszenzspektroskopie-System zur aktiven Ferndetektion von Gefahrstoffen auf Oberflächen

LUCS ist ein innovatives drohnengestütztes Ferndetektionssystem, welches im Rahmen der DLR Sicherheitsforschung am DLR Institut für Technische Physik entwickelt wurde. Basierend auf einer laserspektroskopischen Technik ist das UAV-gestützte System insbesondere für den Einsatz zur berührungslosen Erkennung und Klassifizierung von chemischen und biologischen Gefahrstoffen auf Oberflächen ausgelegt. Mit einer Messzeit von ca. 100 ms können aus einer Detektionsdistanz zwischen 8 – 10 m innerhalb kürzester Zeit die Fluoreszenzeigenschaften des Probenmaterial untersucht werden

Mapping smallholder cashew plantations to inform sustainable tree crop expansion in Benin

Cashews are grown by over 3 million smallholders in more than 40 countries worldwide as a principal source of income. As the third largest cashew producer in Africa, Benin has nearly 200,000 smallholder cashew growers contributing 15% of the country's national export earnings. However, a lack of information on where and how cashew trees grow across the country hinders decision-making that could support increased cashew production and poverty alleviation. By leveraging 2.4-m Planet Basemaps and 0.5-m aerial imagery, newly developed deep learning algorithms, and large-scale ground truth datasets, we successfully produced the first national map of cashew in Benin and characterized the expansion of cashew plantations between 2015 and 2021. In particular, we developed a SpatioTemporal Classification with Attention (STCA) model to map the distribution of cashew plantations, which can fully capture texture information from discriminative time steps during a growing season. We further developed a Clustering Augmented Self-supervised Temporal Classification (CASTC) model to distinguish high-density versus low-density cashew plantations by automatic feature extraction and optimized clustering. Results show that the STCA model has an overall accuracy over 85% and the CASTC model achieved an overall accuracy of 76%. We found that the cashew area in Benin almost doubled from 2015 to 2021 with 60% of new plantation development coming from cropland or fallow land, while encroachment of cashew plantations into protected areas has increased by 55%. Only half of cashew plantations were high-density in 2021, suggesting high potential for intensification. Our study illustrates the power of combining high-resolution remote sensing imagery and state-of-the-art deep learning algorithms to better understand tree crops in the heterogeneous smallholder landscape

Super-resolution lightwave tomography of electronic bands in quantum materials

Searching for quantum functionalities requires access to the electronic structure, constituting the foundation of exquisite spin-valley-electronic, topological, and many-body effects. All-optical band-structure reconstruction could directly connect electronic structure with the coveted quantum phenomena if strong lightwaves transported localized electrons within preselected bands. Here, we demonstrate that harmonic sideband (HSB) generation in monolayer tungsten diselenide creates distinct electronic interference combs in momentum space. Locating these momentum combs in spectroscopy enables super-resolution tomography of key band-structure details in situ. We experimentally tuned the optical-driver frequency by a full octave and show that the predicted super-resolution manifests in a critical intensity and frequency dependence of HSBs. Our concept offers a practical, all-optical, fully three-dimensional tomography of electronic structure even in microscopically small quantum materials, band by band

Semiconductor Bloch-equations formalism: Derivation and application to high-harmonic generation from Dirac fermions

We rederive the semiconductor Bloch equations emphasizing the close link to the Berry connection. Our rigorous derivation reveals the existence of two further contributions to the current, in addition to the frequently considered intraband and polarization-related interband terms. The extra contributions become sizable in situations with strong dephasing or when the dipole-matrix elements are strongly wave-number dependent. We apply the formalism to high-harmonic generation for a Dirac metal. The extra terms add to the frequency-dependent emission intensity (high-harmonic spectrum) significantly at certain frequencies changing the total signal up to a factor of 10

Twelve years' detection of respiratory viruses by immunofluorescence in hospitalised children: impact of the introduction of a new respiratory picornavirus assay

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Direct immunofluorescence assays (DFA) are a rapid and inexpensive method for the detection of respiratory viruses and may therefore be used for surveillance. Few epidemiological studies have been published based solely on DFA and none included respiratory picornaviruses and human metapneumovirus (hMPV). We wished to evaluate the use of DFA for epidemiological studies with a long-term observation of respiratory viruses that includes both respiratory picornaviruses and hMPV.</p> <p>Methods</p> <p>Since 1998 all children hospitalized with respiratory illness at the University Hospital Bern have been screened with DFA for common respiratory viruses including adenovirus, respiratory syncytial virus (RSV), influenza A and B, and parainfluenza virus 1-3. In 2006 assays for respiratory picornaviruses and hMPV were added. Here we describe the epidemiological pattern for these respiratory viruses detected by DFA in 10'629 nasopharyngeal aspirates collected from 8'285 patients during a 12-year period (1998-2010).</p> <p>Results</p> <p>Addition of assays for respiratory picornaviruses and hMPV raised the proportion of positive DFA results from 35% to 58% (p < 0.0001). Respiratory picornaviruses were the most common viruses detected among patients ≥1 year old. The seasonal patterns and age distribution for the studied viruses agreed well with those reported in the literature. In 2010, an hMPV epidemic of unexpected size was observed.</p> <p>Conclusions</p> <p>DFA is a valid, rapid, flexible and inexpensive method. The addition of assays for respiratory picornaviruses and hMPV broadens its range of viral detection. DFA is, even in the "PCR era", a particularly adapted method for the long term surveillance of respiratory viruses in a pediatric population.</p