Climate predictability experiments with a general circulation model

The atmospheric response to the evolution of the global sea surface temperatures from 1979 to 1992 is studied using the Max-Planck-Institut 19 level atmospheric general circulation model, ECHAM3 at T 42 resolution. Five separate 14-year integrations are performed and results are presented for each individual realization and for the ensemble-averaged response. The results are compared to a 30-year control integration using a climate monthly mean state of the sea surface temperatures and to analysis data. It is found that the ECHAM3 model, by and large, does reproduce the observed response pattern to El Nin˜o and La Nin˜a. During the El Nin˜ o events, the subtropical jet streams in both hemispheres are intensified and displaced equatorward, and there is a tendency towards weak upper easterlies over the equator. The Southern Oscillation is a very stable feature of the integrations and is accurately reproduced in all experiments. The inter-annual variability at middle- and high-latitudes, on the other hand, is strongly dominated by chaotic dynamics, and the tropical SST forcing only modulates the atmospheric circulation. The potential predictability of the model is investigated for six different regions. Signal to noise ratio is large in most parts of the tropical belt, of medium strength in the western hemisphere and generally small over the European area. The ENSO signal is most pronounced during the boreal spring. A particularly strong signal in the precipitation field in the extratropics during spring can be found over the southern United States. Western Canada is normally warmer during the warm ENSO phase, while northern Europe is warmer than normal during the ENSO cold phase. The reason is advection of warm air due to a more intense Pacific low than normal during the warm ENSO phase and a more intense Icelandic low than normal during the cold ENSO phase, respectively.

Detection of anthropogenic climate change using a fingerprint method

A fingerprint method for detecting anthropogenic climate change is applied to new simulations with a coupled ocean-atmosphere general circulation model (CGCM) forced by increasing concentrations of greenhouse gases and aerosols covering the years 1880 to 2050. In addition to the anthropogenic climate change signal, the space-time structure of the natural climate variability for near-surface temperatures is estimated from instrumental data over the last 134 years and two 1000 year simulations with CGCMs. The estimates are compared with paleoclimate data over 570 years. The space-time information on both the signal and the noise is used to maximize the signal-to-noise ratio of a detection variable obtained by applying an optimal filter (fingerprint) to the observed data. The inclusion of aerosols slows the predicted future warming. The probability that the observed increase in near-surface temperatures in recent decades is of natural origin is estimated to be less than 5%. However, this number is dependent on the estimated natural variability level, which is still subject to some uncertainty.

Untersuchungen zu ionenchemischen Reaktionen und Mobilitätsmessungen an schweren Elementen in einer Puffergaszelle

Untersuchungen zu ionenchemischen Reaktionen und Mobilitätsmessungen an schweren Elementen in einer Puffergaszelle Die vorgelegte Arbeit beschreibt vorbereitende Untersuchungen zu ionenchemischen Reaktionen und Mobilitätsmessungen schwerer Elemente (Z>100) in einer mit Argon gefüllten Puffergaszelle. Dazu wurden am Element Erbium (Z=68), dem chemischen Homolog von Fermium (Z=100), zunächst in einem Fourier-Transformations-Massenspektrometer (FT/MS) Reaktionen mit Sauerstoff (O₂), Methan (CH₄) und Butylen (C₄H₈) untersucht und deren Reaktionskonstanten zu k(Er+O2)=(3,6±0,3)•10^-10cm³/s, k(Er+C4H8)=(1,3±0,1)•10^-10cm³/s gemessen. Für die Reaktion Er⁺+CH₄ wurde eine Obergrenze der Reaktionskonstante von k(Er+CH4)?,3•10^-15cm³/s bestimmt. Dieselben Reaktionen wurden anschließend in einer mit 60 mbar Argon gefüllten Puffergaszelle am Tandembeschleuniger des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg studiert.Das in die Zelle eingeschossene Erbium wurde nach der Thermalisierung in einem zweistufigen Laserprozess resonant ionisiert. Diese Messungen führten zu gleichen Ergebnissen wie die FT/MS-Messungen (k(Er+O2)=3,3±0,4)•10^-10cm³/s, k(Er+CH4)?2•10^-17cm³/s). Die Reaktion von Erbium mit Butylen wurde ebenfalls beobachtet, eine Reaktionskonstante konnte jedoch nicht bestimmt werden. Die Reaktion von Erbium mit Sauerstoff wurde auch mit den direkt in die Puffergaszelle eingeschossenen Ionen ohne Laserionisation untersucht. Eine reproduzierbare Reaktionskonstante konnte nicht bestimmt werden, mögliche Ursachen werden diskutiert.Aus der Driftzeit der Ionen im Puffergas können Ionenmobilitäten bestimmt werden. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die Ionenradien und damit auch auf Bindungslängen in Molekülen. Zwischen Plutonium und Americium wurde bei einer Driftzeit von (1,88±0,01) ms ein Driftzeitunterschied von (0,07±0,02) ms gemessen und daraus eine relative Verringerung des Ionenradius von Americium gegenüber dem von Plutonium um (3,1±1,3)% bestimmt. Relativistische Rechnungen sagen für den atomaren Radius von Americium gegenüber Plutonium eine Kontraktion in gleicher Größenordnung voraus; für Ionenradien existieren zur Zeit noch keine Rechnungen. Aus den gemessenen Driftzeiten des Plutoniums von (1,85±0,01) ms und Plutoniumoxids von (2,38±0,01) ms wurde eine Zunahme des Ionenradius des Plutoniumoxids gegenüber dem Plutonium um (28±2)% bestimmt.Außerdem wurden Reaktionen von Ruthenium (Z=44) und Osmium (Z=76), beides chemische Homologe von Hassium (Z=108), mit Sauerstoff in der FT/MS-Apparatur untersucht, mit dem Ziel widersprüchliche Messungen der Reaktionskonstanten aufzuklären.

The formation of OH radicals from Criegee intermediates: a LIF-FAGE study from laboratory to ambient

Das Hydroxyl Radikal ist, auf globalem Maßstab, das bedeutendste Oxidant in der Atmosphäre. Es initiiert den Abbauprozess vieler, teilweise schädlicher, Spurengase und insbesondere den von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC). Die OH Konzentration ist somit ein gutes Maß für die augenblickliche Selbstreinigungskapazität der Atmosphäre. Messungen zu nächtlicher Zeit mit LIF-FAGE-Instrumenten (engl.: laser-induced fluorescence - fluorescence assay by gas expansion) haben Konzentrationen des Hydroxylradikals (OH) ergeben, die signifikant höher waren, als sich mit der bekannten Chemie erklären ließ. Um herauszufinden, ob ein solches Signal wirklich atmosphärisches OH ist oder von einer störenden Spezies stammt, die im Messinstrument OH produziert, wurde das LIF-FAGE-Instrument des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) im Rahmen dieser Doktorarbeit modifiziert und getestet. Dazu wurde ein so genannter Inlet Pre-Injector (IPI) entwickelt, mit dem in regelmäßigen Abständen ein OH-Fänger in die Umgebungsluft abgegeben werden kann, bevor das OH vom Instrument erfasst wird. Mit dieser Technik ist es möglich, ein Hintergrund-OH (OHbg), d. h. ein im Instrument erzeugtes OH-Signal, vom gemessenen OH-Gesamtsignal (OHtot) zu trennen. Die Differenz zwischen OHtot und OHbg ist die atmosphärische OH-Konzentration (OHatm). Vergleichsmessungen mit der hier entwickelten Technik, dem IPI, in zwei verschiedenen Umgebungen mit Instrumenten basierend auf Massenspektrometrie mit chemischer Ionisation (CIMS, engl.: chemical ionization mass spectrometry) als alternativer Methode des OH-Nachweises, zeigten eine weitgehende Übereinstimmung. Eine umfassende Beschreibung des Systems zur Ermittlung der Ursache des OHbg hat ergeben, dass es weder von einem Artefakt des Instruments noch von hinlänglich bekannten und beschriebenen LIF-FAGE-Interferenzen stammt. Zur Bestimmung der Spezies, die das OHbg-Signal verursacht, wurden verschiedene Laborstudien durchgeführt. Die Arbeit im Rahmen dieser Doktorarbeit hat ergeben, dass das LIF-FAGE-Instrument leicht auf OH reagiert, das beim monomolekularen Zerfall stabilisierter Criegee-Intermediate (SCI) im Niederdruckbereich des Instruments gebildet wird. Criegee-Intermediate oder Carbonyloxide entstehen bei der Ozonolyse ungesättigter flüchtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) und können daher in der Umgebungsluft vorkommen. Anhand von Tests mit verschiedenen Verweilzeiten der SCI im Niederdruckbereich des Instruments in Verbindung mit einem detaillierten Modell mit der neuesten SCI-Chemie wurde die monomolekulare Zerfallsgeschwindigkeit von 20  10 s-1 für den syn-Acetaldehyd-Oxykonformer bestimmt. Der in Feldkampagnen gemessene OHbg-Wert wurde dahingehend untersucht, ob SCI die Quelle des beobachteten Hintergrund-OH im Feld sein könnten. Das Budget für die SCI-Konzentration, das für die Kampagnen HUMPPA-COPEC 2010 und HOPE 2012 berechnet wurde, ergab eine SCI-Konzentration zwischen ca. 103 und 106 Molekülen pro cm3. In der Kampagne HUMPPA-COPEC 2010 ergab die Schwefelsäurekonzentration, dass die OH-Oxidation von SO2 allein die gemessene H2SO4-Konzentration nicht erklären konnte. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Hintergrund-OH mit dieser ungeklärten Produktionsrate von H2SO4 korreliert und somit die Oxidation von SO2 durch SCI als mögliche Erklärung in Frage kommt. Ferner korreliert das Hintergrund-OH in der Kampagne HOPE 2012 mit dem Produkt aus Ozon und VOC und konnte mit SO2 als SCI Fänger entfernt werden. Qualitativ zeigen wir somit, dass das in der Umgebungsluft gemessene Hintergrund-OH wahrscheinlich durch den monomolekularen Zerfall von SCI verursacht wird, doch sind weitere Studien notwendig, um die quantitativen Beziehung für diese Spezies und dem Hintergrund-OH in unserem Instrument zu bestimmen.

Erwerbsbeteiligung und Berufschancen von Frauen. Theoretische Ansätze, methodische Verfahren und empirische Ergebnisse aus der Lebensverlaufsperspektive

Mit Hilfe der Daten der Lebensverlaufsstudie des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung gehen die Autoren der Frage nach, welche arbeitsmarktbezogenen und institutionellen Faktoren die Erwerbsbeteiligung von Frauen im Lebenslauf beeinflussen und inwieweit sich für unterschiedliche Geburtenkohorten neue Erwerbsbeteiligungsmuster etablieren. Die zugrundliegenden dynamischen Betrachtungen beziehen die Wirkungen vorausgegangener Ereignisse auf die zukünftigen Verlaufsstrukturen mit ein, berücksichtigen bedeutsame Strukturmerkmale für zentrale Lebensbedingungen und versuchen Interdependenzen verschiedener gesellschaftlicher Bereiche zu integrieren. Das Eintreten von für den Lebens- und Berufsverlauf von Frauen typischen Ereignissen wird mit Survival-Analysen vorausgeschätzt.

White claimants and the moral community of South African land restitution

South African land restitution, by way of which the post-apartheid state compensates victims of racial land dispossession, has been intimately linked to former homelands: prototypical rural claims are those of communities that lost their rights in land when being forcibly relocated to reserves and they now aspire to return to their former lands and homes from their despised ‘homelands’. However, white farmers, who were also dispossessed (although usually compensated) by the apartheid state in the latter’s endeavour to consolidate existing homelands, have lodged restitution claims as well. While the Land Claims Court has principally admitted such restitution claims and ruled upon the merits of individual cases, state bureaucrats, legal activists, as well as other members of the public have categorically questioned and challenged such claims to land rights by whites. Focussing on white land claimaints effected by the establishment of former KwaNdebele, this paper investigates the contested field of moral entitlements emerging from divergent discourses about the true victims and beneficiaries of apartheid. It pays particular attention to land claims pertaining to the western frontier of KwaNdebele – the wider Rust de Winter area, which used to be white farmland expropriated in the mid-1980s for consolidation (that never occurred) and currently vegetates as largely neglected no-man’s-(state-)land under multiple land claims. Being the point of reference for state officials, former white farmers, Ndebele traditionalists, local residents, and other citizens, this homeland frontier is hence analysed as a fateful zone of contestation, in which the terms of a new South African moral community are negotiated.