Polarisation von Licht im Physikunterricht : ein Elementarisierungsansatz zur Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtskonzept für die gymnasiale Oberstufe beschrieben, das anhand der Polarisationseigenschaft des Lichts von der Beobachtung ausgehend einen Zugang zur Quantenphysik ermöglicht. Die Unterrichtsinhalte bauen so aufeinander auf, dass ein "harter Bruch" zwischen der klassischen und der quantenphysikalischen Beschreibung von Licht vermieden wird. Das methodische Vorgehen des Unterrichtskonzeptes führt vom Phänomen ausgehend zu quantitativen Experimenten hin zu einer Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien. Dabei bildet der elektrische Feldvektor die Verknüpfung zwischen der klassischen und der quantenphysi-kalischen Beschreibung der Polarisationsexperimente, in dem er zunächst die Polarisationsexperimente beschreibt und im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges als Wahrscheinlichkeitsamplitude gedeutet wird. Die Polarisation von Licht wird zu Beginn des Unterrichtsganges im Rahmen eines fächerübergreifenden Kontextes eingeführt, wobei die Navigation der Insekten nach dem polarisierten Himmelslicht als Einstieg dient. Die Erzeugung und die Eigen-schaften von polarisiertem Licht werden anhand von einfachen qualitativen Schüler- und Demonstrationsexperimenten mit Polarisationsfolien erarbeitet. Das Polarisationsphänomen der Haidinger-Büschel, das bei der Beobachtung von polarisiertem Licht wahrgenommen werden kann, ermöglicht eine Anbindung an das eigene Erleben der Schülerinnen und Schüler. Zur Erklärung dieser Experimente auf der Modellebene wird der elektrische Feldvektor und dessen Komponentenzerlegung benutzt. Im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges wird die Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors für eine quantitative Beschreibung der Polarisationsexperimente wieder aufgegriffen. In Experimenten mit Polarisationsfiltern wird durch Intensitätsmessungen das Malussche Gesetz und der quadratische Zusammenhang zwischen Intensität und elektrischem Feldvektor erarbeitet. Als Abschluss der klassischen Polarisationsexperimente wird das Verhalten von polarisiertem Licht bei Überlagerung in einem Michelson-Interferometer untersucht. Das in Abhängigkeit der Polarisationsrichtungen entstehende Interferenzmuster wird wiederum mit Hilfe der Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors beschrieben und führt zum Superpositionsprinzip der elektrischen Feldvektoren. Beim Übergang zur Quantenphysik werden die bereits durchgeführten Polarisationsexperimente als Gedankenexperimente in der Photonenvorstellung gedeutet. Zur Beschreibung der Polarisation von Photonen wird der Begriff des Zustandes eingeführt, der durch die Wechselwirkung der Photonen mit dem Polarisationsfilter erzeugt wird. Das Malussche Gesetz wird in der Teilchenvorstellung wieder aufgegriffen und führt mit Hilfe der statistischen Deutung zum Begriff der Wahrscheinlichkeit. Bei der Beschreibung von Interferenzexperimenten mit einzelnen Photonen wird die Notwendigkeit eines Analogons zum elektrischen Feldvektor deutlich. Diese Betrachtungen führen zum Begriff der Wahrscheinlichkeitsamplitude und zum Superpositionsprinzip der Wahrscheinlichkeitsamplituden. Zum Abschluss des Unterrichtsganges wird anhand des Lokalisationsproblems einzelner Photonen das Fundamentalprinzip der Quantenphysik erarbeitet.

Optimierung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie an Metallen durch Femtosekunden-Doppelpulse für die Entwicklung eines hochauflösenden 3D-Rasterabbildungsverfahrens

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) ist eine spektrochemische Elementanalyse zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer beliebigen Probe. Für die Analyse ist keine spezielle Probenpräparation nötig und kann unter atmosphärischen Bedingungen an Proben in jedem Aggregatzustand durchgeführt werden. Femtosekunden Laserpulse bieten die Vorteile einer präzisen Ablation mit geringem thermischen Schaden sowie einer hohen Reproduzierbarkeit. Damit ist fs-LIPS ein vielversprechendes Werkzeug für die Mikroanalyse technischer Proben, insbesondere zur Untersuchung ihres Ermüdungsverhaltens. Dabei ist interessant, wie sich die initiierten Mikrorisse innerhalb der materialspezifschen Struktur ausbreiten. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein schnelles und einfach zu handhabendes 3D-Rasterabbildungsverfahren zur Untersuchung der Rissausbreitung in TiAl, einer neuen Legierungsklasse, entwickelt werden. Dazu wurde fs-LIPS (30 fs, 785 nm) mit einem modifizierten Mikroskopaufbau (Objektiv: 50x/NA 0.5) kombiniert, welcher eine präzise, automatisierte Probenpositionierung ermöglicht. Spektrochemische Sensitivität und räumliches Auflösungsvermögen wurden in energieabhängigen Einzel- und Multipulsexperimenten untersucht. 10 Laserpulse pro Position mit einer Pulsenergie von je 100 nJ führten in TiAl zum bestmöglichen Kompromiss aus hohem S/N-Verhältnis von 10:1 und kleinen Lochstrukturen mit inneren Durchmessern von 1.4 µm. Die für das Verfahren entscheidende laterale Auflösung, dem minimalen Lochabstand bei konstantem LIPS-Signal, beträgt mit den obigen Parametern 2 µm und ist die bislang höchste bekannte Auflösung einer auf fs-LIPS basierenden Mikro-/Mapping-Analyse im Fernfeld. Fs-LIPS Scans von Teststrukturen sowie Mikrorissen in TiAl demonstrieren eine spektrochemische Sensitivität von 3 %. Scans in Tiefenrichtung erzielen mit denselben Parametern eine axiale Auflösung von 1 µm. Um die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und ein besseres Verständnis für die physikalischen Prozesse während der Laserablation zu erhalten, wurde in Pump-Probe-Experimenten untersucht, in wieweit fs-Doppelpulse den laserinduzierten Abtrag sowie die Plasmaemission beeinflussen. Dazu wurden in einem Mach-Zehnder-Interferometer Pulsabstände von 100 fs bis 2 ns realisiert, Gesamtenergie und Intensitätsverhältnis beider Pulse variiert sowie der Einfluss der Materialparameter untersucht. Sowohl das LIPS-Signal als auch die Lochstrukturen zeigen eine Abhängigkeit von der Verzögerungszeit. Diese wurden in vier verschiedene Regimes eingeteilt und den physikalischen Prozessen während der Laserablation zugeordnet: Die Thermalisierung des Elektronensystems für Pulsabstände unter 1 ps, Schmelzprozesse zwischen 1 und 10 ps, der Beginn des Abtrags nach mehreren 10 ps und die Expansion der Plasmawolke nach über 100 ps. Dabei wird das LIPS-Signal effizient verstärkt und bei 800 ps maximal. Die Lochdurchmesser ändern sich als Funktion des Pulsabstands wenig im Vergleich zur Tiefe. Die gesamte Abtragsrate variiert um maximal 50 %, während sich das LIPS-Signal vervielfacht: Für Ti und TiAl typischerweise um das Dreifache, für Al um das 10-fache. Die gemessenen Transienten zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit, jedoch kaum eine Energie- bzw. materialspezifische Abhängigkeit. Mit diesen Ergebnissen wurde eine gezielte Optimierung der DP-LIPS-Parameter an Al durchgeführt: Bei einem Pulsabstand von 800 ps und einer Gesamtenergie von 65 nJ (vierfach über der Ablationsschwelle) wurde eine 40-fache Signalerhöhung bei geringerem Rauschen erzielt. Die Lochdurchmesser vergrößerten sich dabei um 44 % auf (650±150) nm, die Lochtiefe um das Doppelte auf (100±15) nm. Damit war es möglich, die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung aufrecht zu erhalten.

Femtosecond wavepacket interferometry using the rotational dynamics of a trapped cold molecular ion

A Ramsey-type interferometer is suggested, employing a cold trapped ion and two time-delayed offresonant femtosecond laser pulses. The laser light couples to the molecular polarization anisotropy, inducing rotational wavepacket dynamics. An interferogram is obtained from the delay dependent populations of the final field-free rotational states. Current experimental capabilities for cooling and preparation of the initial state are found to yield an interferogram visibility of more than 80%. The interferograms can be used to determine the polarizability anisotropy with an accuracy of about ±2%, respectively ±5%, provided the uncertainty in the initial populations and measurement errors are confined to within the same limits.

Interferometrisch messender faseroptischer Sensor mit mechanisch oszillierender Sonde

Punktförmig messende optische Sensoren zum Erfassen von Oberflächentopografien im Nanometerbereich werden in der Forschung und Industrie benötigt. Dennoch ist die Auswahl unterschiedlicher Technologien und kommerziell verfügbarer Sensoren gering. In dieser Dissertationsschrift werden die wesentlichen Aspekte eines Messsystems untersucht das über das Potenzial verfügt, zu den künftigen Standardmessmethoden zu gehören. Das Messprinzip beruht auf einem Common-Path-Interferometer. In einer mikrooptischen Sonde wird das Laserlicht auf die zu untersuchende Oberfläche gerichtet. Das vom Messobjekt reflektierte Licht interferiert sondenintern mit einem Referenzreflex. Die kompakte Bauweise bewirkt kurze optische Wege und eine gewisse Robustheit gegen Störeinflüsse. Die Abstandsinformation wird durch eine mechanische Oszillation in eine Phasenmodulation überführt. Die Phasenmodulation ermöglicht eine robuste Auswertung des Interferenzsignals, auch wenn eine zusätzliche Amplitudenmodulation vorhanden ist. Dies bietet den Vorteil, unterschiedlich geartete Oberflächen messen zu können, z. B. raue, teilweise transparente und geneigte Oberflächen. Es können wiederholbar Messungen mit einer Standardabweichung unter einem Nanometer erzielt werden. Die beschriebene mechanische Oszillation wird durch ein periodisches elektrisches Signal an einem piezoelektrischen Aktor hervorgerufen, der in einem Biegebalken integriert ist. Die Bauform des Balkens gestattet eine Hybridisierung von optischen und mechanischen Komponenten zu einer Einheit, welche den Weg zur weiteren Miniaturisierung aufzeigt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte so u. a. eine Sonde mit einer Bauhöhe unter 10 mm gefertigt werden. Durch eine zweite optische Wellenlänge lässt sich der eingeschränkte Eindeutigkeitsbereich des Laserinterferometers nachweislich vergrößern. Die hierfür eingesetzte Methode, die Stand der Technik ist, konnte erfolgreich problemspezifisch angepasst werden. Um das volle Potenzial des Sensors nutzen zu können, wurden zudem zahlreiche Algorithmen entworfen und erfolgreich getestet. Anhand von hier dokumentierten Messergebnissen können die Möglichkeiten, als auch die Schwächen des Messsystems abgeschätzt werden.

Experimentelle Untersuchung des Optimierungspotenzials in der kurzkohärenten Interferenzmikroskopie

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem lateralen Auflösungsvermögen in der kurzkohärenten Interferenzmikroskopie. Das 3D-Auflösungsvermögen von Phasenobjekten ist im Gegensatz zu dem von Intensitätsobjekten stark nichtlinear und vom spezifischen Messverfahren abhängig. In diesem Zusammenhang sind systematische Messfehler von entscheidender Bedeutung. Für die kurzkohärente Interferenzmikroskopie ist das Überschwingen an Kanten von besonderem Belang, da sich der Effekt bei der Messung vieler technischer Oberflächen negativ auswirkt. Er entsteht durch die Überlagerung von Interferenzsignalen lateral benachbarter Objektpunkte von unterschiedlichen Höhenniveaus. Es wird an speziell für diesen Zweck entwickelten Messsystemen untersucht in wie weit dieser Effekt physikalisch reduziert werden kann und wie sich dies auf die laterale Auflösung auswirkt. An einem für den Einsatz in einer Nanomessmaschine optimierten Linnik-Interferometer wird die Justage eines solchen Systems erläutert. Der Sensor verfügt über die Option mit NUV-Licht betrieben zu werden, um die laterale Auflösung zu verbessern. Aufgrund des Einsatzzweckes ist der Arbeitsabstand relativ groß, was die laterale Auflösung einschränkt. Mit einem zweiten auf die Untersuchungen in dieser Arbeit optimierten Versuchsaufbau können die physikalischen Grenzen der kurzkohärenten Interferenzmikroskopie praktisch untersucht werden. Zu diesem Zweck ist der Aufbau mit einem Mikrospiegelarray ausgestattet, um hierüber variable konfokale Blenden zu schaffen. Mit diesem System wird erstmalig konfokale Mikroskopie mit Weißlichtinterferometrie kombiniert. Durch die optische Selektion der konfokalen Mikroskopie soll die Ursache für die Überschwinger an Kanten reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit der Einflussnahme stellt die optionale Beleuchtung mit polarisiertem Licht dar, wodurch die laterale Auflösung weiter gesteigert werden kann. Zusätzlich kann auch dieser Aufbau mit kurzwelligem blauem Licht betrieben werden, um die laterale Auflösung zu optimieren. Die Messergebnisse, die mit diesen Versuchsaufbauten gemacht wurden, zeigen, dass im Gegensatz zu den in der derzeitigen Normung genutzten Modellen das Übertragungsverhalten in der Weißlichtinterferometrie bei der Messung von Phasenobjekten stark nichtlinear ist. Das laterale Auflösungsvermögen deckt sich je nach Auswerteverfahren recht gut mit dem von klassischen Mikroskopen bei der Wiedergabe von Intensitätsobjekten. Für die Untersuchungen wurde überwiegend ein Auflösungsnormal mit neun unterschiedlichen eindimensionalen Rechteckstrukturen verwendet, die eine Nominalhöhe im kritischen Bereich kleiner der Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle aufweisen. Die Ergebnisse bestätigen sich aber auch an technischen Messobjekten aus der Praxis wie beispielsweise einer „digital video disc“.

The ASSET intercomparison of ozone analyses: method and first results

This paper aims to summarise the current performance of ozone data assimilation (DA) systems, to show where they can be improved, and to quantify their errors. It examines 11 sets of ozone analyses from 7 different DA systems. Two are numerical weather prediction (NWP) systems based on general circulation models (GCMs); the other five use chemistry transport models (CTMs). The systems examined contain either linearised or detailed ozone chemistry, or no chemistry at all. In most analyses, MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) ozone data are assimilated; two assimilate SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography) observations instead. Analyses are compared to independent ozone observations covering the troposphere, stratosphere and lower mesosphere during the period July to November 2003. Biases and standard deviations are largest, and show the largest divergence between systems, in the troposphere, in the upper-troposphere/lower-stratosphere, in the upper-stratosphere and mesosphere, and the Antarctic ozone hole region. However, in any particular area, apart from the troposphere, at least one system can be found that agrees well with independent data. In general, none of the differences can be linked to the assimilation technique (Kalman filter, three or four dimensional variational methods, direct inversion) or the system (CTM or NWP system). Where results diverge, a main explanation is the way ozone is modelled. It is important to correctly model transport at the tropical tropopause, to avoid positive biases and excessive structure in the ozone field. In the southern hemisphere ozone hole, only the analyses which correctly model heterogeneous ozone depletion are able to reproduce the near-complete ozone destruction over the pole. In the upper-stratosphere and mesosphere (above 5 hPa), some ozone photochemistry schemes caused large but easily remedied biases. The diurnal cycle of ozone in the mesosphere is not captured, except by the one system that includes a detailed treatment of mesospheric chemistry. These results indicate that when good observations are available for assimilation, the first priority for improving ozone DA systems is to improve the models. The analyses benefit strongly from the good quality of the MIPAS ozone observations. Using the analyses as a transfer standard, it is seen that MIPAS is similar to 5% higher than HALOE (Halogen Occultation Experiment) in the mid and upper stratosphere and mesosphere (above 30 hPa), and of order 10% higher than ozonesonde and HALOE in the lower stratosphere (100 hPa to 30 hPa). Analyses based on SCIAMACHY total column are almost as good as the MIPAS analyses; analyses based on SCIAMACHY limb profiles are worse in some areas, due to problems in the SCIAMACHY retrievals.

Assimilation of stratospheric ozone from MIPAS into a global general-circulation model: The September 2002 vortex split

Ozone and temperature profiles from the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) have been assimilated, using three-dimensional variational assimilation, into a stratosphere troposphere version of the Met Office numerical weather-prediction system. Analyses are made for the month of September 2002, when there was an unprecedented split in the southern hemisphere polar vortex. The analyses are validated against independent ozone observations from sondes, limb-occultation and total column ozone satellite instruments. Through most of the stratosphere, precision varies from 5 to 15%, and biases are 15% or less of the analysed field. Problems remain in the vortex and below the 60 hPa. level, especially at the tropopause where the analyses have too much ozone and poor agreement with independent data. Analysis problems are largely a result of the model rather than the data, giving confidence in the MIPAS ozone retrievals, though there may be a small high bias in MIPAS ozone in the lower stratosphere. Model issues include an excessive Brewer-Dobson circulation, which results both from known problems with the tracer transport scheme and from the data assimilation of dynamical variables. The extreme conditions of the vortex split reveal large differences between existing linear ozone photochemistry schemes. Despite these issues, the ozone analyses are able to successfully describe the ozone hole split and compare well to other studies of this event. Recommendations are made for the further development of the ozone assimilation system.

The infrared vibration-rotation spectrum of trans and cis nitrous acid

Infrared spectra of the trans and the cis isomers of nitrous acid, both HONO and DONO, have been observed in the gas phase using a Fourier transform interferometer with a resolution of about 0.05 cm−1 from 4000 to 500 cm−1. Rotational analyses are reported on eleven of the fundamentals and some overtones.

Integrated optics for nulling interferometry in the thermal infrared

Modal filtering is based on the capability of single-mode waveguides to transmit only one complex amplitude function to eliminate virtually any perturbation of the interfering wavefronts, thus making very high rejection ratios possible in a nulling interferometer. In the present paper we focus on the progress of Integrated Optics in the thermal infrared [6-20 mu m] range, one of the two candidate technologies for the fabrication of Modal Filters, together with fiber optics. In conclusion of the European Space Agency's (ESA) "Integrated Optics for Darwin" activity, etched layers of clialcogenide material deposited on chalcogenide glass substrates was selected among four candidates as the technology with the best potential to simultaneously meet the filtering efficiency, absolute and spectral transmission, and beam coupling requirements. ESA's new "Integrated Optics" activity started at mid-2007 with the purpose of improving the technology until compliant prototypes can be manufactured and validated, expectedly by the end of 2009. The present paper aims at introducing the project and the components requirements and functions. The selected materials and preliminary designs, as well as the experimental validation logic and test benches are presented. More details are provided on the progress of the main technology: vacuum deposition in the co-evaporation mode and subsequent etching of chalcogenide layers. In addition., preliminary investigations of an alternative technology based on burying a chalcogenide optical fiber core into a chalcogenide substrate are presented. Specific developments of anti-reflective solutions designed for the mitigation of Fresnel losses at the input and output surface of the components are also introduced.

Modelling complex systems for project planning - A semiotics motivated method

A large and complex IT project may involve multiple organizations and be constrained within a temporal period. An organization is a system comprising of people, activities, processes, information, resources and goals. Understanding and modelling such a project and its interrelationship with relevant organizations are essential for organizational project planning. This paper introduces the problem articulation method (PAM) as a semiotic method for organizational infrastructure modelling. PAM offers a suite of techniques, which enables the articulation of the business, technical and organizational requirements, delivering an infrastructural framework to support the organization. It works by eliciting and formalizing (e. g. processes, activities, relationships, responsibilities, communications, resources, agents, dependencies and constraints) and mapping these abstractions to represent the manifestation of the "actual" organization. Many analysts forgo organizational modelling methods and use localized ad hoc and point solutions, but this is not amenable for organizational infrastructures modelling. A case study of the infrared atmospheric sounding interferometer (IASI) will be used to demonstrate the applicability of PAM, and to examine its relevancy and significance in dealing with the innovation and changes in the organizations.

Observations of the eruption of the Sarychev volcano and simulations using the HadGEM2 climate model

In June 2009 the Sarychev volcano located in the Kuril Islands to the northeast of Japan erupted explosively, injecting ash and an estimated 1.2 ± 0.2 Tg of sulfur dioxide into the upper troposphere and lower stratosphere, making it arguably one of the 10 largest stratospheric injections in the last 50 years. During the period immediately after the eruption, we show that the sulfur dioxide (SO2) cloud was clearly detected by retrievals developed for the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) satellite instrument and that the resultant stratospheric sulfate aerosol was detected by the Optical Spectrograph and Infrared Imaging System (OSIRIS) limb sounder and CALIPSO lidar. Additional surface‐based instrumentation allows assessment of the impact of the eruption on the stratospheric aerosol optical depth. We use a nudged version of the HadGEM2 climate model to investigate how well this state‐of‐the‐science climate model can replicate the distributions of SO2 and sulfate aerosol. The model simulations and OSIRIS measurements suggest that in the Northern Hemisphere the stratospheric aerosol optical depth was enhanced by around a factor of 3 (0.01 at 550 nm), with resultant impacts upon the radiation budget. The simulations indicate that, in the Northern Hemisphere for July 2009, the magnitude of the mean radiative impact from the volcanic aerosols is more than 60% of the direct radiative forcing of all anthropogenic aerosols put together. While the cooling induced by the eruption will likely not be detectable in the observational record, the combination of modeling and measurements would provide an ideal framework for simulating future larger volcanic eruptions.

Updated radiative forcing estimates of 65 halocarbons and nonmethane hydrocarbons

The direct radiative forcing of 65 chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons, hydrofluorocarbons, hydrofluoroethers, halons, iodoalkanes, chloroalkanes, bromoalkanes, perfluorocarbons and nonmethane hydrocarbons has been evaluated using a consistent set of infrared absorption cross sections. For the radiative transfer models, both line-by-line and random band model approaches were employed for each gas. The line-by-line model was first validated against measurements taken by the Airborne Research Interferometer Evaluation System (ARIES) of the U.K. Meteorological Office; the computed spectrally integrated radiance of agreed to within 2% with experimental measurements. Three model atmospheres, derived from a three-dimensional climatology, were used in the radiative forcing calculations to more accurately represent hemispheric differences in water vapor, ozone concentrations, and cloud cover. Instantaneous, clear-sky radiative forcing values calculated by the line-by-line and band models were in close agreement. The band model values were subsequently modified to ensure exact agreement with the line-by-line model values. Calibrated band model radiative forcing values, for atmospheric profiles with clouds and using stratospheric adjustment, are reported and compared with previous literature values. Fourteen of the 65 molecules have forcings that differ by more than 15% from those in the World Meteorological Organization [1999] compilation. Eleven of the molecules have not been reported previously. The 65-molecule data set reported here is the most comprehensive and consistent database yet available to evaluate the relative impact of halocarbons and hydrocarbons on climate change.

Aircraft-based observations of air–sea turbulent fluxes around the British Isles

Observations of turbulent fluxes of momentum, heat and moisture from low-level aircraft data are presented. Fluxes are calculated using the eddy covariance technique from flight legs typically ∼40 m above the sea surface. Over 400 runs of 2 min (∼12 km) from 26 flights are evaluated. Flight legs are mainly from around the British Isles although a small number are from around Iceland and Norway. Sea-surface temperature (SST) observations from two on-board sensors (the ARIES interferometer and a Heimann radiometer) and a satellite-based analysis (OSTIA) are used to determine an improved SST estimate. Most of the observations are from moderate to strong wind speed conditions, the latter being a regime short of validation data for the bulk flux algorithms that are necessary for numerical weather prediction and climate models. Observations from both statically stable and unstable atmospheric boundary-layer conditions are presented. There is a particular focus on several flights made as part of the DIAMET (Diabatic influence on mesoscale structures in extratropical storms) project. Observed neutral exchange coefficients are in the same range as previous studies, although higher for the momentum coefficient, and are broadly consistent with the COARE 3.0 bulk flux algorithm, as well as the surface exchange schemes used in the ECMWF and Met Office models. Examining the results as a function of aircraft heading shows higher fluxes and exchange coefficients in the across-wind direction, compared to along-wind (although this comparison is limited by the relatively small number of along-wind legs). A multi-resolution spectral decomposition technique demonstrates a lengthening of spatial scales in along-wind variances in along-wind legs, implying the boundary-layer eddies are elongated in the along-wind direction. The along-wind runs may not be able to adequately capture the full range of turbulent exchange that is occurring because elongation places the largest eddies outside of the run length.

A method for merging nadir-sounding climate records, with an application to the global-mean stratospheric temperature data sets from SSU and AMSU

A method is proposed for merging different nadir-sounding climate data records using measurements from high-resolution limb sounders to provide a transfer function between the different nadir measurements. The two nadir-sounding records need not be overlapping so long as the limb-sounding record bridges between them. The method is applied to global-mean stratospheric temperatures from the NOAA Climate Data Records based on the Stratospheric Sounding Unit (SSU) and the Advanced Microwave Sounding Unit-A (AMSU), extending the SSU record forward in time to yield a continuous data set from 1979 to present, and providing a simple framework for extending the SSU record into the future using AMSU. SSU and AMSU are bridged using temperature measurements from the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS), which is of high enough vertical resolution to accurately represent the weighting functions of both SSU and AMSU. For this application, a purely statistical approach is not viable since the different nadir channels are not sufficiently linearly independent, statistically speaking. The near-global-mean linear temperature trends for extended SSU for 1980–2012 are −0.63 ± 0.13, −0.71 ± 0.15 and −0.80 ± 0.17 K decade−1 (95 % confidence) for channels 1, 2 and 3, respectively. The extended SSU temperature changes are in good agreement with those from the Microwave Limb Sounder (MLS) on the Aura satellite, with both exhibiting a cooling trend of ~ 0.6 ± 0.3 K decade−1 in the upper stratosphere from 2004 to 2012. The extended SSU record is found to be in agreement with high-top coupled atmosphere–ocean models over the 1980–2012 period, including the continued cooling over the first decade of the 21st century.

Magnetic properties of synthetic eumelanin - Preliminary results

We report an experimental and theoretical study of magnetic properties of synthetic eumelanin. The magnetization curves are determined by using both a vibrating sample magnetometer and a superconducting quantum interferometer device in an extended range of magnetic fields ranging from -10 kOe to 10 kOe at different temperatures. We find that the eumelanin magnetization can be qualitatively explained in terms of a simple model of dipolar spheres with an intrinsic magnetic moment. The latter one is experimentally measured by using X-band electron paramagnetic resonance. Our findings indicate that synthetic melanins are superparamagnetic.