In this project warm extreme temperature events in the Arctic region during the spring months March, April and May were identified and analysed. In the analysis daily average NCEP reanalysis data from NOAA/OAR/ESRL PSL format was used. The extreme events were retrieved as the highest positive temperature anomalies from the climatological mean, and the synoptic scale plots for the 50 most extreme events were created to identify what patterns caused the extreme warming over the Polar region. By contouring the areas of statistical significance, the regions with a reoccuring pattern were identified. The results conclude that cyclonic activity over the high Arctic extending down over Greenland and northern Canada combined with anomalously high geopotential height over the north Pacific ocean, over the Arctic, and towards Siberia cause the high temperatures over the pole. A weaker Polar Vortex causes perturbations in the jet stream, ridges in these Rossby waves can act as a pathway for warm and moist air from the oceanic regions which has a warming effect in the Arctic. Further analysis can be done to investigate what teleconnections these spring-time extreme events have on a global scale. / Under detta projekt har extremt varma temperaturevent i Arktisområdet under vårmånaderna Mars, April och Maj identifierats samt analyserats, genom att använda daglig medelvärdes NCEP reanalys data från NOAA/OAR/ESRL PSL i NetCDF format. De extrema händelserna identifierades genom att ta de största positiva temperaturavvikelserna från ett klimatologiskt medelvärde, storskaliga avvikelseplottar skapades för de 50 mest extrema händelserna för att kunna identifiera meteorologiska mönster som ovanligt varma Arktisdagar. De områden med mest återkommande mönsterna var statistiskt signifikanta  och markerades med svarta konturer. Resultaten visar att lågtrycksaktivitet i Arktis som sträcker sig ner över Grönland samt norra Kanada kombinerat med höga geopotentialhöjdavvikelser över Stilla havet och Sibirien som sträcker sig upp mot Nordpolen orsakar ovanligt höga temperaturer i Arktis. En svag polarvirvel orsakar störningar i jetströmmen, dessa ryggar i jetströmmen kan transportera varm fuktig luft från haven mot polen vilket kan ha en värmande effekt. Vidare forskning kan utföras för att identifiera de exakta kopplingarna och konsekvenserna som dessa varma extrema Arktishändelser har globalt.

Examensarbetet presenterat i den här rapporten utfördes i syfte att kartlägga vilka sensorer och metoder som skulle kunna vara tillämpbara inom kartläggning av snölager i den arktiska regionen. För att göra den bedömningen har flera olika metoder använts. Intervjuer med experter inom relevanta områden hölls för att göra en initial kartläggning av vilken information som kan tänkas ligga till grund för det efterföljande steget, en kvantitativ regressionsanalys baserad på information insamlad genom systematisk analys av plattformar och sensorer som används i kartläggning baserad på fjärranalys. I denna analys identifierades relevanta korrelationsområden vilka sedan kunde analyseras närmare i en ’State of the art’-sammanställning av relevanta publikationer för att ge en rättvisande insyn i vilka metoder som finns tillgängliga och vad deras respektive styrkor och svagheter är. Slutligen genomfördes en flygning i syfte att praktiskt bedöma vilken kvalitet man kan uppnå i snökartläggning med enkelt tillgängliga konsumentprodukter. Resultaten pekar på att snökartläggning med drönare är ett lovande komplement till vanliga, manuella mätningar. Rekommendationer för vidare studier inkluderar komponentspecifika undersökningar, plattformsdesign och marknadskartläggning. / The thesis presented in this report was conducted to identify which sensors and methods could be applicable in the mapping of snow stocks in the Arctic region. To make that assessment, several different methods have been used. Interviews with experts in relevant areas were held to make an initial survey of what information might be the basis for the subsequent step, a quantitative regression analysis based on information collected through systematic review of the use of platforms and sensors in mapping by remote sensing. In this analysis, relevant correlation areas were identified, which could then be further analyzed in a state of the art compilation of relevant publications to provide a fair understanding of what methods are available and what their respective strengths and weaknesses are. Finally, a flight was carried out with a view to practically assessing what quality can be achieved in snow mapping with readily available consumer products. The results point out that snow mapping exploration with drones is a promising complement to manual measurements. Recommendations for further studies include component-specific surveys, platform design and market mapping.

The HALO-(AC)3 campaign was conducted in March and April 2022 to investigate warm air intrusions into the Arctic and marine cold air outbreaks. In coordinated flights over the Arctic, the High Altitude and Long Range Research Aircraft (HALO), equipped with a remote sensing payload and dropsondes, investigated these air mass transformations together with the research aircraft Polar 5 and Polar 6. In this report, we give an overview about the research flights and preliminary results from projects, which are carried out by employees of the Leipzig Institute for Meteorology (LIM). / Die HALO-(AC)3 Kampagne wurde im März und April 2022 durchgeführt, umWarmlufteinbrüche in die Arktis und marine Kaltluftausbrüche zu untersuchen. Das 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), ausgestattet mit Instrumenten zur Fernerkundung und Standardmeteorologiesonden, untersuchte zusammen mit den Forschungsflugzeugen Polar 5 und Polar 6, in koordinierten Flügen über der Arktis, diese Veränderungen der Luftmassen. In diesem Bericht wird eine Übersicht über die durchgeführten Forschungsflüge gegeben und Forschungsprojekte werden vorgestellt, welche von Mitarbeitern des Leipziger Instituts für Meteorologie (LIM) durchgeführt werden.

24 % of the Northern Hemisphere’s landmass is underlain by permafrost. 1 700 billion tonnes of organic carbon (C) is stored in the permafrost, and the ongoing climate change lead to permafrost thawing and carbon release. This study examines the extent of thawing permafrost and the estimated carbon emissions as a consequence of permafrost thawing. The results show an estimated decrease of near-surface permafrost up to 81% before 2100 due to an increase of the average global temperature. Thawing permafrost releases CO2 and CH4 to the atmosphere, which amplifies the greenhouse effect and creates a positive feedback to global warming. The magnitude of the positive feedback is uncertain but an average of 178 Pg C is expected to release to the atmosphere by 2100 if the anthropogenic emissions continues. A potential increase in biomass due to favorable growing conditions is not expected to offset the carbon emissions.

<p>Rysslands doktrinella hierarki fungerar utan arenaspecifika doktriner. Det finns ett övergripande säkerhetsstrategiskt dokument, direkt underställt detta dokument finns den militära doktrinen. Ändå utformades 2001 en maritim doktrin som skall behandla det maritima läget och rysslands ekonomiska intressen på haven fram till år 2020. Varför denna doktrin utformades kan ha sitt svar i Rysslands ökade maritima intresse i och kring ryskt havsterritorium, men det kan även vara ett sätt att visa sina officiella ställningstaganden, intressen och intentioner öppet för världssamfundet. 2010 publicerades ett nytt säkerhetsstrategiskt dokument och samma år offentliggjordes även den nya militäradoktrinen. Det utformades i samma veva även en strategisk Arktisk doktrin som tillkännagav Rysslands intentioner och intressen i denna nya och oexploaterade region som tack vare jordens förhöjda medeltemperatur de senare åren har öppnat upp nya områden. Många nationer har blivit intresserade av detta nya område, bland annat USA, Kanada, Danmark och Norge. Detta har i sin tur skapat en grogrund, för tvister om gränsdragningar och om vem som har rätten till resursextraheringen i området. Det som detta arbete kommer att avhandla är, vad den äldre ryska maritima doktrinen har haft för inverkan påde senare utvecklade doktrinerna. Vad finns det för skillnader, likheter och vilka punkter har höjts till en merbeslutad nivå? Utifrån dessa kriterier kommer sedermera en estimering, om vad dessa variabler kan ha förinverkan, på ryska marinstridskrafters uppträdande i Arktis regionen i ett framtidsperspektiv.</p> / <p>Russian doctrine on set hierarchy works without specific arena doctrines. There is a comprehensive security strategy document, and as a direct subordinate to this document is the military doctrine. Yet in the year of 2001 a maritime doctrine was developed to deal with the maritime situation and Russia's economic interests in the seas until 2020. Why this doctrine was designed might have its answer in Russia's increased interest in maritime and Russian waters around the territory, but it can also be a way to show their official positions, interests and intentions open to the world community. In 2010 Russia published a new security strategy document, and the same year the new military doctrine was presented to the public. A strategic doctrine was also produced that announced Russia’s Arctic intentions and interests in this new and undeveloped region. That thanks to the earth's average temperature incensement in recent years has opened up new areas. Many nations are now interested in this new area, including the U.S., Canada, Denmark and Norway. This has created a dispute about the boundaries and who have the right to excavate the resources in the area. What this paper will discuss, is how the older Russian maritime doctrine has influenced the later developed doctrines. What are the differences, similarities, and what points have been raised to amore decision-making level? The based off these criteria will subsequently result, in an estimation of what impact these variables could have, on the Russian naval forces behaviour in the Arctic region ina future perspective.</p>

Aus Beobachtungsdaten der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) können Variationen des Erdschwerefeldes auf großen räumlichen Skalen mit hoher Genauigkeit abgeleitet werden. Die Variationen auf zeitlichen Skalen von mehreren Tagen bis Wochen und räumlichen Skalen von wenigen hundert Kilometern sind insbesondere auf Änderungen der kontinentalen Wassermassen zurückzuführen. Die vorliegende Promotionsarbeit beschäftigt sich mit der Bestimmung hydrologischer Massenvariationen aus GRACE-Daten am Beispiel der vier größten sibirischen Flusseinzugsgebiete Ob, Jenissei, Lena und Kolyma. Darauf aufbauend sollen in Kombination mit atmosphärischen Daten der NCEP-Reanalyse Süßwassereinträge in den Arktischen Ozean abgeleitet werden. Die Süßwassereinträge beeinflussen nachhaltig den Salzgehalt und damit das ozeanographische Regime des Arktischen Ozeans, welcher wiederum einen Einfluss auf die globale thermohaline Zirkulation hat. Da die großen Strömungen des Weltozeans einen grundlegenden Faktor des globalen Klimageschehens darstellen, sind die Änderungen des Süßwassereintrages ein wichtiger Aspekt hinsichtlich prognostizierter Klimatrends. Der Abfluss kann an ausgewählten Messpunkten mit einer hohen zeitlichen Auflösung beobachtet werden. Die Datenreihen weisen jedoch immer wieder Lücken auf und die bodengebundenen Messungen sind oft schwierig und kostenintensiv. Messmethoden, die unabhängig vom Zugang ins Messgebiet sind, können einen großen Fortschritt bei der Beobachtung sich ändernder Massen und Süßwasserflüsse leisten und damit einen Beitrag für ein besseres Verständnis gekoppelter komplexer Prozesse der Arktis liefern. Da die Fehlerstruktur der GRACE-Daten komplex und bis heute nicht vollständig verstanden ist, erfolgt zunächst eine Untersuchung des GRACE-Fehlerhaushaltes. Zudem werden die Fehlereffekte aufgrund des begrenzten räumlichen Spektrums und damit einhergehender Leck-Effekte auf Ebene von Gebietsmittelwerten analysiert und Lösungsvorschläge diskutiert. Dabei sind folgende Aspekte von Bedeutung: Erweiterung der GRACE-Datenreihe um geeigente Terme ersten Grades und Abschätzung von Leck-Effekten, verursacht durch das begrenzte Spektrum der Kugelfunktionsentwicklung. Leck-Effekte aufgrund ozeanischer Signalanteile sind bzgl. der Einzugsgebiete sibirischer Flusssysteme klein (< 1%), wohingegen Leck-Effekte aufgrund kontinentaler Signalanteile je nach Gebietsgröße relative Fehler von 8-17% nach sich ziehen. Die größten Fehlereffekte resultieren jedoch aus den Koeffizienten hoher Grade. Die Filterung der GRACE-Daten ermöglicht die Glättung fehlerbehafterer Signalanteile. Neben den in der Literatur gängigen Filtern wurde im Rahmen der Arbeit ein Kombinationsfilter entwickelt, welches auf Basis von räumlichen Vorinformationen aus Hydrologiemodellen signifikante Signalstrukturen in den GRACE-Datenreihen detektiert. Somit muss lediglich ein Restsignal mittels Filterung gedämpft werden. Mit dem Kombinationsfilter können sowohl feinere Signalstrukturen als auch größere Signalamplituden auf Land erhalten werden. Im Vergleich zu reinen Filteranwendungen werden hier Gesamtsignalstärke, Amplitude und Phase des jährlichen Signals gut repräsentiert. Darauf aufbauend lassen sich, in Kombination mit atmosphärischen Daten, Abflüsse für die sibirischen Flusssysteme aus GRACE-Wasserspeichervariationen ableiten. Die Validierung der berechneten Abflüsse anhand beobachteter Abflüsse zeigt eine hohe Übereinstimmung von bis zu 83%. Eine Gegenüberstellung des berechneten Abflusses der Lena mit Wasserstandsmessungen im Mündungsbereich zeigt zudem einen Zusammenhang zwischen dem maximalen Abfluss im Frühjahr und einer Zunahme des Wasserstandes in der Laptewsee. / The satellite mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) observes the earth's gravity field on temporal scales of a few days to several weeks and spatial scales of a few hundred kilometers with high accuracy. A large part of the variations of the gravity field originate from hydrological mass changes on the continents. The dissertation discusses the determination of hydrological mass variations from GRACE for the Siberian water systems of the rivers Ob, Yenisey, Lena and Kolyma. The mass variations from GRACE data are combined with atmospheric data of the NCEP reanalysis to calculate the freshwater fluxes in the Arctic Ocean. The freshwater fluxes strongly influences the salinity and the oceanographic regime of the Arctic Ocean. In turn, the Arctic Ocean controls the global thermohaline circulation which is very important for the global climate. Because these large currents of the ocean influence the global climate, the changes of the freshwater fluxes in the Arctic Ocean are an important factor for the global climate change. The runoff can be measured pointwise with high temporal resolution, but measurements in the high latitudes are difficulty and expensive. Independent methods to measure the mass changes in the Arctic can help to determine the freshwater fluxes on large spatial scales, and contribute to understand the coupled and complex processes of the Arctic. Until present, the complex error structure of the GRACE data are not fully understand. The dissertation examines the errors and analysizes the leakage caused by the limited spectrum of the Stokes coefficients. A proposal for a solution will be discussed. The following steps are important: Expanding the GRACE data with adequate terms of degree one; Valuation of leakage errors because of the limited spectrum. Leakage due to oceanographic signals of the Arctic Ocean are small (< 1%). Leakage errors due to signals on land produces relative errors of basin averages of 8-17%. Beyond that, the largest errors are caused by the coefficients of higher degree. Filtering is an effective method to damp the error signals. In addition to the common filters described in the literature, a filter method, called composite filter, was created. Significant structures from hydrological models can be deteceted in the GRACE data without any other filtering. Only the residual signals should be filtered by using one of the common filters. In comparison to the common filters, the composite filter represents the signal strength, the signal structures, the amplitude and the phase of the saisonal signal on the continents much better. Combining hydrological mass variations from GRACE data with atmospheric data (for example the NCEP reanalysis) the runoff of the four Siberian river systems can be calculated. The validation of the calculated runoff using observations leads to a good agreement (83% for Yenisey and Lena). Furthermore, it is possible to combine the runoff of a river system with measurements of water level and salinity in the Arctic Ocean. The high runoff of the Lena river system in spring is visible in the water level changes in the Laptev sea.

Rysslands doktrinella hierarki fungerar utan arenaspecifika doktriner. Det finns ett övergripande säkerhetsstrategiskt dokument, direkt underställt detta dokument finns den militära doktrinen. Ändå utformades 2001 en maritim doktrin som skall behandla det maritima läget och rysslands ekonomiska intressen på haven fram till år 2020. Varför denna doktrin utformades kan ha sitt svar i Rysslands ökade maritima intresse i och kring ryskt havsterritorium, men det kan även vara ett sätt att visa sina officiella ställningstaganden, intressen och intentioner öppet för världssamfundet. 2010 publicerades ett nytt säkerhetsstrategiskt dokument och samma år offentliggjordes även den nya militäradoktrinen. Det utformades i samma veva även en strategisk Arktisk doktrin som tillkännagav Rysslands intentioner och intressen i denna nya och oexploaterade region som tack vare jordens förhöjda medeltemperatur de senare åren har öppnat upp nya områden. Många nationer har blivit intresserade av detta nya område, bland annat USA, Kanada, Danmark och Norge. Detta har i sin tur skapat en grogrund, för tvister om gränsdragningar och om vem som har rätten till resursextraheringen i området. Det som detta arbete kommer att avhandla är, vad den äldre ryska maritima doktrinen har haft för inverkan påde senare utvecklade doktrinerna. Vad finns det för skillnader, likheter och vilka punkter har höjts till en merbeslutad nivå? Utifrån dessa kriterier kommer sedermera en estimering, om vad dessa variabler kan ha förinverkan, på ryska marinstridskrafters uppträdande i Arktis regionen i ett framtidsperspektiv. / Russian doctrine on set hierarchy works without specific arena doctrines. There is a comprehensive security strategy document, and as a direct subordinate to this document is the military doctrine. Yet in the year of 2001 a maritime doctrine was developed to deal with the maritime situation and Russia's economic interests in the seas until 2020. Why this doctrine was designed might have its answer in Russia's increased interest in maritime and Russian waters around the territory, but it can also be a way to show their official positions, interests and intentions open to the world community. In 2010 Russia published a new security strategy document, and the same year the new military doctrine was presented to the public. A strategic doctrine was also produced that announced Russia’s Arctic intentions and interests in this new and undeveloped region. That thanks to the earth's average temperature incensement in recent years has opened up new areas. Many nations are now interested in this new area, including the U.S., Canada, Denmark and Norway. This has created a dispute about the boundaries and who have the right to excavate the resources in the area. What this paper will discuss, is how the older Russian maritime doctrine has influenced the later developed doctrines. What are the differences, similarities, and what points have been raised to amore decision-making level? The based off these criteria will subsequently result, in an estimation of what impact these variables could have, on the Russian naval forces behaviour in the Arctic region ina future perspective.

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Die in dieser Arbeit präsentierten Genomanalysen erweitern das Wissen um das genomische Potential der Roseobacter-Gruppe und zeigen mögliche Adaptionen an ökologische Nischen innerhalb mariner Lebensräume auf. In den polaren Meereisorganismen Octadecabacter arcticus 238 und O. antarcticus 307 konnten neue Eigenschaften identifiziert werden, welche bislang nicht in Vertretern der Roseobacter-Gruppe beschrieben wurden und wahrscheinlich Anpassungen an polare bzw. Meereis-assoziierte Lebensräume darstellen. Ein besonderes Highlight dieser Analysen ist die Charakterisierung einer neuen Untergruppe von Xanthorhodopsinen in den Octadecabacter-Vertretern. Diese neue Xantho¬rhodopsin-Unter¬gruppe unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Xantho¬rhodopsinen nicht nur durch phylogenetische Verwandtschaftsbeziehungen, sondern auch in ihrer mangelnden Befähigung zur Keto-Carotenoid-Bindung und ihrer vorwiegenden Verbreitung in Organismen Eis-assoziierter Habitate. Für beide polare Octadecabacter-Vertreter wurde eine ungewöhnlich hohe Genom-plastizität festgestellt. Hierbei scheint es sich um eine Anpassung an das einzigartige Meereis¬habitat dieser Organismen zu handeln, welches als hot spot für horizontalen Gentransfer (HGT) gilt. Zudem bietet diese Genomplastizität eine Erklärung für die zahlreichen genomischen Unterschiede zwischen den Octadecabacter-Stämmen, welche in direktem Widerspruch zu der nahen Verwandtschaft dieser Organismen auf 16S rRNA-Gen¬sequenz¬ebene stehen. Trotz dieser Unterschiede weist die genetische Ausstattung von O. arcticus und O. antarcticus auffällige Übereinstimmungen auf, welche auf einen gemeinsamen exklusiven Genpool von Octadecabacter-Vertretern beider Polargebiete hindeuten. Dies wird durch 16S rRNA-basierte phylogenetische Analysen von Octadecabacter-Vertretern verschiedener Habitate unterstützt. Somit scheint zwischen Bakteriengemeinschaften beider Polarregionen eine direkte Verbindung zu existieren. Von den Polargebieten ausgehende Tiefenströmungen, welche sich über beide Hemisphären erstrecken, könnten diese Verbindung darstellen. Anhand der bislang verfügbaren Genomsequenzen wurden Verwandtschaftsbeziehungen sowie allgemeine Unterschiede zwischen Vertretern der Roseobacter-Gruppe auf vielfältigen Ebenen untersucht. Die Ergebnisse dieser Analysen geben wertvolle Einblicke in unterschiedliche Nischenadaptionen zwischen nah verwandten Roseobacter-Vertretern und in die Bedeutung von horizontalem Gentransfer für diese Gruppe. Zudem bieten sie eine Grundlage für die vereinfachte Einteilung und Analyse zukünftiger Roseobacter-assoziierter Genom– und Metagenomsequenzen.

Climate change has often been framed as a global issue but slow progress in the global climate negotiations and an increasing need to plan for local adaptation have made it increasingly salient to also discuss the potential of other arenas for climate policy and knowledge production. This dissertation analyzes the interplay between science and policy at the international regional level based on a study of an assessment of the impacts of climate change in the Arctic. In this case, the regional arena brought new actors into climate knowledge production and policy with an increased emphasis on the complexity of social and cultural impacts of climate change among indigenous peoples. The dissertation also shows how the structure of regional political cooperation played a role in highlighting the Arctic as a bellwether for global change. Meanwhile, the political negations that were linked to the regional climate impact assessment were ruled by the same political dynamics and policy positions as the global climate negotiations. The process illustrates how the structure of international cooperation can influence knowledge production about climate change. The dissertation emphasizes the role of vertical interplay among political regimes and how new arenas can make an assessment salient, credible, and legitimate to different actors. It also highlights the political dimensions of focusing on particular spatial scales and governance levels in climate knowledge production and policy. / Klimatförändringarna har ofta gestaltats som en global fråga, men bristen på politiska åtgärder och ett ökande behov att anpassa samhället efter nya klimatförhållanden har gjort det alltmer angeläget att även undersöka vilka möjligheter ett regionalt perspektiv kan öppna för såväl klimatpolitik som kunskapsproduktion. Med utgångspunkt från en studie av en kunskapssammanställning av hur klimatförändringarna påverkar Arktis, analyserar avhandlingen samspelet mellan vetenskap och politik i ett internationellt regionalt samarbete. Studien visar att det regionala sammanhanget gav nya aktörer möjlighet att delta i både den internationella klimatpolitiken och kunskapsproduktionen om klimatförändringar. Det ledde bland annat till en betoning på att det fysiska klimatet är en av många faktorer som påverkar hur Arktis urbefolkningar kommer att drabbas av klimatförändringarna och att även kulturella och sociala faktorer spelar stor roll. Avhandlingen visar också på hur bilden av Arktis som en väckarklocka för de globala klimatförändringarna har vuxit fram ur strukturen för det politiska regionala samarbetet. De politiska förhandlingar som var kopplade till kunskapssammanställningen var däremot färgade av samma intressekonflikter som de globala klimatförhandlingarna. Processen illustrerar hur strukturerna för internationellt samarbete kan påverka kunskapen om klimatförändringar. Avhandlingen lyfter särskilt fram hur nya arenor för politiskt samarbete och det vertikala samspelet mellan politiska regimer på olika nivåer kan göra kunskap om klimatet angelägen, trovärdig och legitim för olika aktörer. Avhandlingen betonar också det finns politiska dimensioner i den skala man väljer för att studera klimatförändringarna.