Due to the unique environmental conditions and different feedback mechanisms, the Arctic region is especially sensitive to climate changes. The influence of clouds on the radiation budget is substantial, but difficult to quantify and parameterize in models. In the framework of the PhD, elastic backscatter and depolarization lidar observations of Arctic clouds were performed during the international Arctic Study of Tropospheric Aerosol, Clouds and Radiation (ASTAR) from Svalbard in March and April 2007. Clouds were probed above the inaccessible Arctic Ocean with a combination of airborne instruments: The Airborne Mobile Aerosol Lidar (AMALi) of the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research provided information on the vertical and horizontal extent of clouds along the flight track, optical properties (backscatter coefficient), and cloud thermodynamic phase. From the data obtained by the spectral albedometer (University of Mainz), the cloud phase and cloud optical thickness was deduced. Furthermore, in situ observations with the Polar Nephelometer, Cloud Particle Imager and Forward Scattering Spectrometer Probe (Laboratoire de Météorologie Physique, France) provided information on the microphysical properties, cloud particle size and shape, concentration, extinction, liquid and ice water content. In the thesis, a data set of four flights is analyzed and interpreted. The lidar observations served to detect atmospheric structures of interest, which were then probed by in situ technique. With this method, an optically subvisible ice cloud was characterized by the ensemble of instruments (10 April 2007). Radiative transfer simulations based on the lidar, radiation and in situ measurements allowed the calculation of the cloud forcing, amounting to -0.4 W m-2. This slight surface cooling is negligible on a local scale. However, thin Arctic clouds have been reported more frequently in winter time, when the clouds' effect on longwave radiation (a surface warming of 2.8 W m-2) is not balanced by the reduced shortwave radiation (surface cooling). Boundary layer mixed-phase clouds were analyzed for two days (8 and 9 April 2007). The typical structure consisting of a predominantly liquid water layer on cloud top and ice crystals below were confirmed by all instruments. The lidar observations were compared to European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) meteorological analyses. A change of air masses along the flight track was evidenced in the airborne data by a small completely glaciated cloud part within the mixed-phase cloud system. This indicates that the updraft necessary for the formation of new cloud droplets at cloud top is disturbed by the mixing processes. The measurements served to quantify the shortcomings of the ECMWF model to describe mixed-phase clouds. As the partitioning of cloud condensate into liquid and ice water is done by a diagnostic equation based on temperature, the cloud structures consisting of a liquid cloud top layer and ice below could not be reproduced correctly. A small amount of liquid water was calculated for the lowest (and warmest) part of the cloud only. Further, the liquid water content was underestimated by an order of magnitude compared to in situ observations. The airborne lidar observations of 9 April 2007 were compared to space borne lidar data on board of the satellite Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO). The systems agreed about the increase of cloud top height along the same flight track. However, during the time delay of 1 h between the lidar measurements, advection and cloud processing took place, and a detailed comparison of small-scale cloud structures was not possible. A double layer cloud at an altitude of 4 km was observed with lidar at the West coast in the direct vicinity of Svalbard (14 April 2007). The cloud system consisted of two geometrically thin liquid cloud layers (each 150 m thick) with ice below each layer. While the upper one was possibly formed by orographic lifting under the influence of westerly winds, or by the vertical wind shear shown by ECMWF analyses, the lower one might be the result of evaporating precipitation out of the upper layer. The existence of ice precipitation between the two layers supports the hypothesis that humidity released from evaporating precipitation was cooled and consequently condensed as it experienced the radiative cooling from the upper layer. In summary, a unique data set characterizing tropospheric Arctic clouds was collected with lidar, in situ and radiation instruments. The joint evaluation with meteorological analyses allowed a detailed insight in cloud properties, cloud evolution processes and radiative effects. / Die Arktis mit ihren speziellen Umweltbedingungen ist besonders empfindlich gegenüber Klimaveränderungen. Dabei spielen Wolken eine große Rolle im Strahlungsgleichgewicht, die aber nur schwer genau bestimmt und in Klimamodellen dargestellt werden kann. Die Daten für die Promotionsarbeit wurden im Frühjahr 2007 bei Flugzeug-Messungen von Wolken über dem Arktischen Ozean von Spitzbergen aus erhoben. Das dafür verwendete Lidar (Licht-Radar) des Alfred-Wegener-Instituts lieferte ein höhenaufgelöstes Bild der Wolkenstrukturen und ihrer Streu-Eigenschaften, andere Messgeräte ergänzten optische sowie mikrophysikalische Eigenschaften der Wolkenteilchen (Extinktion, Größenverteilung, Form, Konzentration, Flüssigwasser- und Eisgehalt, Messgeräte vom Laboratoire de Météorologie Physique, France) und Strahlungsmessungen (Uni Mainz). Während der Messkampagne herrschte Nordwind vor. Die untersuchten Luftmassen mit Ursprung fern von menschlichen Verschmutzungsquellen war daher sehr sauber. Beim Überströmen der kalten Luft über den offenen warmen Arktischen Ozean bildeten sich in der Grenzschicht (ca. 0-1500 m Höhe) Mischphasenwolken, die aus unterkühlten Wassertröpfchen im oberen Bereich und Eis im unteren Bereich der Wolken bestehen. Mit den Flugzeug-Messungen und numerischen Simulationen des Strahlungstransports wurde der Effekt einer dünnen Eiswolke auf den Strahlungshaushalt bestimmt. Die Wolke hatte lokal eine geringe Abkühlung der Erdoberfläche zur Folge. Ähnliche Wolken würden jedoch im Winter, wenn keine Sonnenstrahlung die Arktis erreicht, durch den Treibhauseffekt eine nicht vernachlässigbare Erwärmung der Oberfläche verursachen. Die Messungen der Mischphasenwolken wurden mit einem Wettervorhersagemodell (ECMWF) verglichen. Für die ständig neue Bildung von flüssigen Wassertropfen im oberen Teil der Wolke ist das Aufsteigen von feuchten Luftpaketen nötig. Während einer Messung wurden entlang der Flugstrecke verschiedene Luftmassen durchflogen. An der Luftmassengrenze wurde eine reine Eiswolke inmitten eines Mischphasen-Systems beobachtet. Die Messungen zeigen, dass das Mischen von Luftmassen den Nachschub an feuchter Luft blockiert, was unmittelbare Auswirkungen auf die thermodynamische Phase des Wolkenwassers hat. Weiterhin wurde bestimmt, wie groß die Abweichungen der Modellrechnungen von den Messungen bezüglich Wassergehalt und der Verteilung von Flüssigwasser und Eis waren. Durch die vereinfachte Wolken-Parameterisierung wurde die typische vertikale Struktur von Mischphasenwolken im Modell nicht wiedergegeben. Die flugzeuggetragenen Lidar-Messungen vom 9. April 2007 wurden mit Lidar-Messungen an Bord des Satelliten CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations) verglichen. Die Messungen zeigten beide eine ansteigende Wolkenobergrenze entlang desselben Flugwegs. Da die Messungen jedoch nicht genau gleichzeitig durchgeführt wurden, war wegen Advektion und Prozessen in den Wolken kein genauer Vergleich der kleinskaligen Wolkenstrukturen möglich. Außerdem wurde eine doppelte Wolkenschicht in der freien Troposphäre (4 km Höhe) analysiert. Die Wolke bestand aus zwei separaten dünnen Schichten aus flüssigem Wasser (je 150 m dick) mit jeweils Eis darunter. Die untere Schicht entstand wahrscheinlich aus verdunstetem Eis-Niederschlag. Diese feuchte Schicht wurde durch die Abstrahlung der oberen Wolkenschicht gekühlt, so dass sie wieder kondensierte. Solche Wolkenformationen sind in der Arktis bisher vor allem in der Grenzschicht bekannt. Ein einzigartiger Datensatz von arktischen Wolken wurde mit einer Kombination verschiedener Flugzeug-Messgeräte erhoben. Zusammen mit meteorologischen Analysen konnten für verschiedene Fallstudien Wolkeneigenschaften, Entwicklungsprozesse und Auswirkungen auf den Strahlungshaushalt bestimmt werden.

Current climate warming is affecting arctic regions at a faster rate than the rest of the world. This has profound effects on permafrost that underlies most of the arctic land area. Permafrost thawing can lead to the liberation of considerable amounts of greenhouse gases as well as to significant changes in the geomorphology, hydrology, and ecology of the corresponding landscapes, which may in turn act as a positive feedback to the climate system. Vast areas of the east Siberian lowlands, which are underlain by permafrost of the Yedoma-type Ice Complex, are particularly sensitive to climate warming because of the high ice content of these permafrost deposits. Thermokarst and thermal erosion are two major types of permafrost degradation in periglacial landscapes. The associated landforms are prominent indicators of climate-induced environmental variations on the regional scale. Thermokarst lakes and basins (alasses) as well as thermo-erosional valleys are widely distributed in the coastal lowlands adjacent to the Laptev Sea. This thesis investigates the spatial distribution and morphometric properties of these degradational features to reconstruct their evolutionary conditions during the Holocene and to deduce information on the potential impact of future permafrost degradation under the projected climate warming. The methodological approach is a combination of remote sensing, geoinformation, and field investigations, which integrates analyses on local to regional spatial scales. Thermokarst and thermal erosion have affected the study region to a great extent. In the Ice Complex area of the Lena River Delta, thermokarst basins cover a much larger area than do present thermokarst lakes on Yedoma uplands (20.0 and 2.2 %, respectively), which indicates that the conditions for large-area thermokarst development were more suitable in the past. This is supported by the reconstruction of the development of an individual alas in the Lena River Delta, which reveals a prolonged phase of high thermokarst activity since the Pleistocene/Holocene transition that created a large and deep basin. After the drainage of the primary thermokarst lake during the mid-Holocene, permafrost aggradation and degradation have occurred in parallel and in shorter alternating stages within the alas, resulting in a complex thermokarst landscape. Though more dynamic than during the first phase, late Holocene thermokarst activity in the alas was not capable of degrading large portions of Pleistocene Ice Complex deposits and substantially altering the Yedoma relief. Further thermokarst development in existing alasses is restricted to thin layers of Holocene ice-rich alas sediments, because the Ice Complex deposits underneath the large primary thermokarst lakes have thawed completely and the underlying deposits are ice-poor fluvial sands. Thermokarst processes on undisturbed Yedoma uplands have the highest impact on the alteration of Ice Complex deposits, but will be limited to smaller areal extents in the future because of the reduced availability of large undisturbed upland surfaces with poor drainage. On Kurungnakh Island in the central Lena River Delta, the area of Yedoma uplands available for future thermokarst development amounts to only 33.7 %. The increasing proximity of newly developing thermokarst lakes on Yedoma uplands to existing degradational features and other topographic lows decreases the possibility for thermokarst lakes to reach large sizes before drainage occurs. Drainage of thermokarst lakes due to thermal erosion is common in the study region, but thermo-erosional valleys also provide water to thermokarst lakes and alasses. Besides these direct hydrological interactions between thermokarst and thermal erosion on the local scale, an interdependence between both processes exists on the regional scale. A regional analysis of extensive networks of thermo-erosional valleys in three lowland regions of the Laptev Sea with a total study area of 5,800 km² found that these features are more common in areas with higher slopes and relief gradients, whereas thermokarst development is more pronounced in flat lowlands with lower relief gradients. The combined results of this thesis highlight the need for comprehensive analyses of both, thermokarst and thermal erosion, in order to assess past and future impacts and feedbacks of the degradation of ice-rich permafrost on hydrology and climate of a certain region. / Die gegenwärtige Klimaerwärmung wirkt sich auf arktische Regionen stärker aus als auf andere Gebiete der Erde. Das hat weitreichende Konsequenzen für Permafrost, der weite Teile der terrestrischen Arktis unterlagert. Das Tauen von Permafrost kann zur Freisetzung erheblicher Mengen an Treibhausgasen sowie zu gravierenden Änderungen in der Geomorphologie, Hydrologie und Ökologie betroffener Landschaften führen, was wiederum als positive Rückkopplung auf das Klimasystem wirken kann. Ausgedehnte Gebiete der ostsibirischen Tiefländer, die mit Permafrost des Yedoma Eiskomplex unterlagert sind, gelten aufgrund des hohen Eisgehalts dieser Permafrostablagerungen als besonders empfindlich gegenüber Klimaerwärmungen. Thermokarst und Thermoerosion sind zwei Hauptformen der Permafrostdegradation in periglazialen Landschaften. Die zugehörigen Landschaftsformen sind auf der regionalen Skala bedeutende Indikatoren klimainduzierter Umweltvariationen. Thermokarstseen und senken (Alasse) sowie Thermoerosionstäler sind in den Küstentiefländern der Laptewsee weit verbreitet. Die vorliegende Dissertation untersucht die räumliche Verbreitung und die morphometrischen Eigenschaften dieser Degradationsformen mit dem Ziel, ihre Entwicklungsbedingungen während des Holozäns zu rekonstruieren und Hinweise auf potenzielle Auswirkungen zukünftiger Permafrostdegradation im Zuge der erwarteten Klimaerwärmung abzuleiten. Der methodische Ansatz ist eine Kombination aus Fernerkundungs-, Geoinformations- und Geländeuntersuchungen, die Analysen auf lokalen bis regionalen räumlichen Skalen integriert. Thermokarst und Thermoerosion haben die Untersuchungsregion tiefgreifend geprägt. Im Eiskomplexgebiet des Lena-Deltas nehmen Thermokarstsenken eine weitaus größere Fläche ein als Thermokarstseen auf Yedoma-Hochflächen (20,0 bzw. 2,2 %), was darauf hin deutet, dass die Bedingungen für die Entwicklung von großflächigem Thermokarst in der Vergangenheit wesentlich günstiger waren als heute. Die Rekonstruktion der Entwicklung eines einzelnen Alas im Lena-Delta belegt eine andauernde Phase hoher Thermokarstaktivität seit dem Übergang vom Pleistozän zum Holozän, die zur Entstehung einer großen und tiefen Senke führte. Nach der Drainage des primären Thermokarstsees im mittleren Holozän erfolgten Permafrostaggradation und degradation parallel und in kürzeren abwechselnden Etappen innerhalb des Alas und führten zu einer komplexen Thermokarstlandschaft. Trotzdem die spätholozäne Thermokarstentwicklung im Alas dynamischer ablief als die erste Entwicklungsphase, resultierte sie nicht in der Degradation großer Teile pleistozäner Eiskomplexablagerungen und einer wesentlichen Veränderung des Yedoma-Reliefs. Weitere Thermokarstentwicklung in bestehenden Alassen ist begrenzt auf geringmächtige Lagen holozäner eisreicher Alas-Sedimente, da die Eiskomplexablagerungen unter den großen primären Thermokarstseen vollständig getaut waren und die unterlagernden Sedimente aus eisarmen, fluvialen Sanden bestehen. Thermokarstprozesse auf ungestörten Yedoma-Hochflächen wirken am stärksten verändernd auf Eiskomplexablagerungen, werden aber in Zukunft auf geringere Ausmaße begrenzt sein, da die Verfügbarkeit großer ungestörter, schwach drainierter Yedoma-Hochflächen abnimmt. Auf der Insel Kurungnakh im zentralen Lena-Delta beträgt der für zukünftige Thermokarstentwicklung verfügbare Anteil an Yedoma-Hochflächen nur 33,7 %. Die zunehmende Nähe von sich entwickelnden Thermokarstseen auf Yedoma-Hochflächen zu bestehenden Degradationsstrukturen und anderen negativen Reliefformen verringert die Möglichkeit der Thermokarstseen, große Ausmaße zu erreichen bevor sie drainieren. Die Drainage von Thermokarstseen durch Thermoerosion ist in der Untersuchungsregion weit verbreitet, aber Thermoerosionstäler versorgen Thermokarstseen und –senken auch mit Wasser. Neben diesen direkten hydrologischen Wechselwirkungen zwischen Thermokarst und Thermoerosion auf der lokalen Ebene existiert auch eine Interdependenz zwischen beiden Prozessen auf der regionalen Ebene. Eine regionale Analyse weitreichender Netze von Thermoerosionstälern in drei Tieflandgebieten der Laptewsee mit einer Fläche von insgesamt 5800 km² zeigte, dass diese Formen häufiger in Gebieten mit höheren Geländeneigungen und Reliefgradienten auftreten, während Thermokarstentwicklung stärker in flachen Tiefländern mit geringeren Reliefgradienten ausgeprägt ist. Die kombinierten Ergebnisse dieser Dissertation zeigen die Notwendigkeit von umfassenden Analysen beider Prozesse und Landschaftsformen, Thermokarst und Thermoerosion, im Hinblick auf die Abschätzung vergangener und zukünftiger Auswirkungen der Degradation eisreichen Permafrosts auf Hydrologie und Klima der betrachteten Region und deren Rückkopplungen.

In the Arctic, shallow sea-floor communities have been documented to shift abruptly from an invertebrate-dominated state to a state with high macroalgal abundance. Climate warming, resulting in increased water temperatures and decreased sea ice cover, could trigger such regime shifts in benthic ecosystems, but the underlying mechanisms are not clear. To gain a better understanding, a mechanistic model of algal growth and interspecific competition was applied in two marine ecosystems in northwestern Svalbard. Unravelling the effects of light and temperature on the model parameters, the current study showed that light is a key factor determining the algal dominance in the two ecosystems. Changes in sea-ice cover, which alters the underwater light regime, is therefore considered the most likely trigger for invertebratealgae regime shifts. A continued prolonging of the ice-free season in the Arctic is likely to occur in the upcoming years, considering the current climatic development. Thus, it is expected that macroalgal cover in shallow rocky-bottom communities will continue to increase, altering species composition and function in seasonally ice-covered arctic ecosystems. / I ekosystem på grunda havsbottnar i Arktis har snabba, kraftiga förändringar i artsammansättning och ekosystemstruktur dokumenterats. Organismsamhällen som tidigare främst utgjorts av ryggradslösa organismer och hårda kalkalger har plötsligt blivit dominerade av olika tångarter. Den globala uppvärmningen medför högre ytvattentemperatur och minskat havsistäcke i Arktis, vilket i sin tur innebär förbättrade ljusförhållanden. Dessa förändringar tros kunna utlösa regimskiften där de ekosystemen övergår från ett stadium dominerat av ryggradslösa djur, till ett stadium dominerat av tång. Mekanismerna bakom sådana regimskiften är emellertid inte kartlagda. Denna studie syftade därför till en bättre förståelse för regimskiften i Arktiska havsbottenekosystem. En mekanistisk modell för algtillväxt och konkurrens tillämpades på två marina organismsamhällen i nordvästra Svalbard, som genomgått sådana regimskiften. Temperatur- och ljusberoendet hos modellens parametrar uppskattades först utifrån kunskap från ett antal tidigare studier. Med hjälp av modellen testades sedan hur fördelningen av alger påverkades av temperatur- och ljusförändringar. Modelleringen indikerade att ljusförhållanden var avgörande för expansionen av tång i de två studerade organismsamhällena på Svalbard, och att ljusförändringar således kan vara en huvudsaklig orsak till regimskiften i Arktis. Med tanke på den nuvarande klimatutvecklingen är en fortsatt förlängning av den isfria säsongen mycket sannolik. Detta kommer troligen innebära en vidare expansion av tång samt förändrad artsammansättning och ekosystemfunktion i grunda, arktiska havsbottenekosystem.

Introduktion: Tuberkulose er fortsat en sygdom, man skal tage alvorligt i Grønland. Forekomsten er høj med 150-200 tilfælde per 100.000 indbyggere årligt, hvoraf 20-30 % er børn og unge. Trods BCG-vaccination af nyfødte samt en ihærdig indsats med hensyn til kontaktopsporing, behandlings-kontrol, forebyggelse og smitteopsporing har incidensen været vedvarende høj i de seneste 10 år. Formål: at undersøge, hvordan forekomsten af TB blandt børn og unge i Grønland havde udviklet sig fra 1988-92 og til 2002-06. Videre at sammenligne TB incidensen blandt grønlændere med inuitbefolk-ningerne i Alaska og Canada med særligt fokus på territoriet Nunavut, hvor den største andel af canadiske inuit bor. Endelig var det formålet at belyse om de TB-ramte børn og unge adskilte sig fra andre på tilsvarende alderstrin, set i relation til social baggrund og levevilkår, samt endelig at opgøre dækningen af BCG. Materiale og metode: Anmeldelser af TB tilfælde fra 1988-92 og fra 2002-06 blev sammenlignet. Registerdata fra Alaska og Canada blev sammenholdt med data fra Grønland til belysning af forekomsten af TB blandt inuit. Data fra et case-control studie foretaget i perioden fra 1.marts 2004 til 28.februar 2007 bestående af anmeldeskemaer, spørgeskemaer til belysning af sociale forhold og levevilkår samt oplysning om BCG-vaccination fra journaler blev analyseret. Resultater og konklusion: TB incidensen var fra 1988-92 til 2002-06 steget fra 67 til 141 tilfælde pr. 100.000/år. Størst stigning sås blandt børn og unge, idet den forholdsmæssige andel af 0-19 årige steg med 6 %. En stigende andel af TB tilfælde i byerne syntes snarere at være forårsaget af flytning fra bygd til by i de hårdest ramte distrikter end et ændret smittemønster. Inuit i de undersøgte arktiske regioner har stærkt forhøjet TB incidens i forhold til den øvrige befolkning, og incidensen var højest i Grønland. Andelen af TB syge i alderen 0-19 årige var i Grønland 27 %, kun overgået af Nunavut (33 %). De vanskelige levevilkår er fælles for inuit i Nunavut og Grønland, men årsagerne til smittespredning er komplekse. Resultaterne af case-control studiet var pga. den lille population ikke statistisk signifikante, men tyder på en sammenhæng mellem levevilkår og TB, såsom højt antal beboere pr. m² og rygning, som også fundet af andre. Studiet indikerer en beskyttende effekt af BCG hos mindre børn (&lt;10 år). Mange smittede og syge børn er et tegn på aktiv smittespredning, og de smittede børn vil være kilde til fremtidens TB. Der derfor god grund til at følge udviklingen blandt børn og unge nøje, samt at igangsætte initiativer for at bremse fortsat smittespredning. / Introduction: Tuberculosis is still a disease to be taken seriously in Greenland. The occurrence is high with 150-200 cases yearly per 100,000 inhabitants, 20-30 % of these are children and young people. The latest 10 years the incidents have been high continuously, in spite of BCG-vaccination of new-borns, and a persistent effort as regards contact tracing, control of treatment, preventive interventions, and tracking sources of infection. Objective: To examine how the occurrence of TB among children and young people in Greenland has developed from 1988-92 and up till 2002-06. Further to compare the TB incidence among Greenlanders to that among Inuit populations in Alaska and Canada, with special focus on the territory of Nunavut, where the largest share of Canadian Inuit live. Furthermore, it was the intention to examine whether the TB-infected children and young people differed from the population in general at the same age level, in relation to social background and living-conditions, and finally to estimate the coverage of BCG. Material and method: Notifications of TB-cases from l988-92 and from 2002-06 were compared. Register data from Alaska and Canada were related to data from Greenland to illustrate the occurrence of TB among Inuit people. Data from a case-control carried out in the period from March 2004 to February 2007 were analysed, consisting of notification forms, questionnaires regarding social conditions and living-conditions, plus information about BCG from case records. Results and conclusion: The TB-incidence from 1988-92 to 2002-06 increased from 67 to 141 incidents per l00,000. The largest increase was seen among children and young people, as the relative share of 0-19 yearers increased by 6 %. An increasing share of TB incidents in the towns seemed more likely to have been caused by migration from settlement to town in the districts most affected, rather than by a changed pattern of infection. In the arctic regions examined, Inuit people have a strongly increased TB-incidence compared to the remaining population, and the incidence was highest in Greenland. In Greenland 27 % of TB patients were at the age of 0-19 years, and only surpassed by Nunavut (33 %). Difficult living-conditions are common for Inuit in Nunavut and in Greenland, but the causes of the spread of infection are complex. Because of the small population involved, the results of the case-control study were not statistically significant, but they indicate a correlation between living-conditions and TB, such as crowding and smoking, as also found by others. The study indicates a protective effect of BCG on small children (&lt; 10 years). Occurrence of many infected and ill children indicates active spreading of the disease, and the infected children will be the source of TB of the future. Therefore, it is advisable to follow the development among children and young people closely, and to launch initiatives to prevent further dissemination of infection. / <p>ISBN 978-91-85721-41-2</p><p></p><p></p>

Klimatförändringarna i Arktis sker i en snabbare takt än någon annanstans på jorden. I regionen är det framförallt havsisens utbredning som drabbas, vilken har minskat med 3.8 % av medelstorleken per decennium under åren 1979-2012. För att klimatmodellerna ska kunna göra så bra beräkningar som möjligt av det framtida klimatet behövs mer observationsdata och bättre förståelse av Arktis klimatsystem. Det arktiska klimatet är komplext, svåråtkomligt för observationer och därför mindre utforskat än klimatsystemen på resten av jorden. Detta gör att klimatmodellerna i nuläget har begränsningar för regionen. De arktiska molnen utgör en osäker faktor i sammanhanget. Molnen är en viktig del i strålningsbalansen och har en stark korrelation med havsisen. De arktiska molnen har en tydlig säsongsvariation med mer molnighet sommartid än under vinterhalvåret. Detta gör att molnen över Arktis till skillnad från i jordens övriga regioner har en totalt sett värmande effekt alla årstider förutom sommaren. Forskarna är även överens om att mer observationsdata och kunskap behövs inom området, vilket skulle förbättra klimatmodellerna och öka kunskapen kring korrelationen mellan molnen och den arktiska havsisen. / In the Arctic the climate changes faster than anywhere on the planet. It is especially the expansion of the sea ice that is affected. Over the years 1979-2012, the annual average extent of the Arctic sea ice has been reduced with 3.8 % per decade. In order for climate models to make the best possible calculations of the future climate, more observation data and better understanding of the Arctic climate system are needed. The Arctic climate is complex, difficult to reach for observations and therefore less explored than the climate systems in the rest of the world. This means that climate models currently have limitations for the region. The Arctic clouds constitute an uncertain factor in this context. Clouds are an important part of the radiation balance and have a strong correlation with the sea ice. The Arctic clouds have a clear seasonal variation with more cloudiness in summer than during the winter. This makes the Arctic clouds, unlike in the rest of the world, to have a total warming effect all seasons except during the summer. The researchers also agree that more observation data and knowledge are needed for the area. It would improve climate models and expand the science about the correlation between the clouds and the Arctic sea ice.

Presently the Arctic is characterized by climate change. The melting ice masses have also led to changed geopolitical conditions that act and drive the region towards an unpredictable outcome. This change sheds light on the actors in the Arctic Council (AC) and their ability to cooperate. This bachelor thesis uses content analysis to analyse Arctic strategy documents from Russia, China and the EU on how they see the problems arising in the Arctic and how they plan to combat these, in a comparison with strategy documents from the AC. With Carol Lee Bacchis post-structuralist approach and her framework What is the problem represented to be? (WPR) the thesis examines problem representations in the strategy documents. By doing so, this study is filling a research gap of policies in the AC as well as the basis for cooperation in the AC. The comparison between the actors and the AC’s problem representations shows that the three actors both have similarities and differences compared to the AC, and they all have uniting and divisive content. The thesis determines AC as an important forum for maintaining diplomatic problem solving, protection for the environment, sustainable societies and stability in the area. The analysis has also identified certain themes where the basis for cooperation exists: the environment as a whole, economic growth in terms of transport and fisheries. The study also shows challenges in terms of AR's relevance. Russia's national focus and China as an important and increasingly important player. These actors can be both environmental culprits or powerful co-players. The thesis also shows that the EU can act as a potential regulatory power.

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 Conclusion / Ice 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 Conclusion

Aerosol Partikel interagieren mit solarer und terrestrischer Strahlung durch Absorption und Streuung. Zusätzlich bilden und modifizieren sie die Eigenschaften von Wolken da sie das Potential besitzen als Wolkenkondensationskeim (CCN) fungieren zu können und stellen somit eine wichtige Komponente im Klimasystem dar. Die Eigenschaften von Partikeln und CCN müssen genaustens bekannt sein um deren Einfluss in Klima- und Strahlungsmodellen akurat berücksichtigen zu können. Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung der Partikeleigenschaften in Regionen, welche das Klima maßgeblich beeinflussen, wie die Arktis und die Antarktis. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 2 Datensätze aufgenommen, welche helfen das Verständnis über Partikel und CCN im Frühjar und Sommer in der Arktis und Antarktis zu verbessern. Es wurden jeweils die Gesamt- und die CCN-Anzahlkonzentration (NCN, NCCN), die Anzahlgrößenverteilung (PNSD) und der Hygroskopizitätsparameter (k) der Partikel bestimmt. Die Herkunft der vermessenen Partikel wurde mit Rückwärtstrajektorien ermittelt sowie weitere Analysen bezüglich der Verweilzeiten durchgeführt. Beide Datensätze zeigen, dass eine starke Abhängigkeit der Partikel- und CCN-Eigenschaften vom Luftmassenursprung vorliegt. Zeigen arktische PNSDs nur eine Akkumulationsmode, konnte diese auf gealtertes Aerosol mit einem eurasischen Ursprung zurückgeführt werden. Kommt eine zweite Mode mit kleineren Partikeln hinzu, wurde der Nord-Pazifische Raum als Ursprung bestimmt. In der Antarktis wurde besonders für NCN und NCCN eine starke Abhängigkeit vom Luftmassenursprung gefunden. Dabei konnten mit der Anwendung des Dispersionsmodells NAME Antarktische Hintergrundkonzentrationen ermittelt werden. Weiterhin wurde gefunden, dass Antarktische Aerosolpartikel mit einem k von 1 hygroscopischer als das Arktische ist, für welches ein k von 0,19 bestimmt wurde. Zusätzlich durchgeführte Flugzeugmessungen über Tuktoyaktuk (Arktis) zeigen, dass die Messungen am Boden auch repräsentativ für die Grenzschicht sind. Die Schichten über der Grenzschicht scheinen jedoch von dieser entkoppelt zu sein und es wird vermutet, dass der Ursprung der Partikel in größeren Höhen in niedrigeren geographischen Breiten liegt.:Contents List of Abbreviations iii List of Symbols v 1. Introduction 1 2. Experimental 9 2.1. Measured Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1. Total Particle Number Concentration . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.2. Particle Number Size Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.3. Total Concentration of Cloud Condensation Nuclei . . . . . . . . 15 2.2. Determination of the CCN hygroscopicity . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1. Köhler theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.2. The hygroscopicity parameter k and the critical diameter dcrit . . 18 2.3. Determination of the Air Mass Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.1. The NAME Dispersion Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.2. Potential Source Contribution Function . . . . . . . . . . . . . . 22 3. Results and Discussion 25 3.1. Measurements of aerosol and CCN properties in the Mackenzie River delta (Canadian Arctic) during Spring-Summer transition in May 2014 . . 25 3.1.1. Campaign overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.2. Overview of NCN, NCCN and PNSD data for the entire measurement period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1.3. Identification of air mass origins and potential source regions . . . 32 3.1.4. PNSD of the three periods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.5. Critical diameter dcrit and hygroscopicity parameter k . . . . . . 38 3.1.6. Comparison of height resolved airborne and ground based PNSDs 41 3.2. Measurements of aerosol and CCN properties at the Princess Elisabeth Antarctica Research Station during three austral summers . . . . . . . . . 45 3.2.1. Campaign overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2.2. Total Particle and CCN number concentrations and regional analysis of the NAME model footprints . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2.3. PSCF results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.2.4. Hygroscopicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4. Summary, Conclusions and Outlook 65 A. Appendix 71 A.1. SS calibration of the CCNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 A.2. Error Analysis with Monte Carlo Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 73 B List of Figures vii C List of Tables viii Bibliography xi / Atmospheric aerosol particles interact with solar and terrestrial radiation by absorption and scattering. Further, they have the potential to act as cloud condensation nuclei (CCN) and to form and modify the radiative properties of clouds and thus are an important component in the Earth’s climate system. An accurate knowledge about the aerosol particle and CCN properties is very important for accurate climate and radiation models. The objective of this thesis is the characterization of aerosol particles in regions that are key regulators of the Earth’s climate. The Arctic and the Antarctic are such regions. Hence, in the framework of this doctoral thesis two data sets were recorded, that help gaining further knowledge about the spring and summer time aerosol particles and CCN in the Arctic and Antarctic region. For both, the Arctic and the Antarctic aerosol population, the CCN and the total particle number concentration (NCCN, NCN), the particle number size distribution (PNSD) and the hygroscopicity parameter k were determined. The history of the measured air masses was explored using back trajectories and residence time analysis. For both examined regions, a strong influence of the air mass origin on the aerosol particle and CCN properties was found. The PNSDs measured in the Arctic were found to be mono-modal showing an accumulation mode which most likely contains well aged particles that have an Eurasian origin. Bi-modal PNSDs with an additional mode of smaller particles were found to originate from the Northern Pacific. In the Antarctic the air mass origin was found to significantly influence NCCN and NCN. With the application of the NAME dispersion model Antarctic continental background concentrations could be determined. With k values of 1 the Antarctic aerosol was found to be much more hygroscopic than the Arctic aerosol, for which a k of 0.19 was determined. Additional Arctic aircraft measurements show that ground based measurements are representative for the Arctic boundary layer. However particles above the boundary layer seem to be decoupled from lower layers and were believed to be advected from lower latitudes in different height layers and mixed down in the lower Arctic troposphere.:Contents List of Abbreviations iii List of Symbols v 1. Introduction 1 2. Experimental 9 2.1. Measured Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1. Total Particle Number Concentration . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.2. Particle Number Size Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.3. Total Concentration of Cloud Condensation Nuclei . . . . . . . . 15 2.2. Determination of the CCN hygroscopicity . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1. Köhler theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.2. The hygroscopicity parameter k and the critical diameter dcrit . . 18 2.3. Determination of the Air Mass Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.1. The NAME Dispersion Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.2. Potential Source Contribution Function . . . . . . . . . . . . . . 22 3. Results and Discussion 25 3.1. Measurements of aerosol and CCN properties in the Mackenzie River delta (Canadian Arctic) during Spring-Summer transition in May 2014 . . 25 3.1.1. Campaign overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.2. Overview of NCN, NCCN and PNSD data for the entire measurement period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1.3. Identification of air mass origins and potential source regions . . . 32 3.1.4. PNSD of the three periods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.5. Critical diameter dcrit and hygroscopicity parameter k . . . . . . 38 3.1.6. Comparison of height resolved airborne and ground based PNSDs 41 3.2. Measurements of aerosol and CCN properties at the Princess Elisabeth Antarctica Research Station during three austral summers . . . . . . . . . 45 3.2.1. Campaign overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2.2. Total Particle and CCN number concentrations and regional analysis of the NAME model footprints . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2.3. PSCF results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.2.4. Hygroscopicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4. Summary, Conclusions and Outlook 65 A. Appendix 71 A.1. SS calibration of the CCNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 A.2. Error Analysis with Monte Carlo Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 73 B List of Figures vii C List of Tables viii Bibliography xi

A new German research consortium is investigating the causes and effects of the rapid rise of near-surface air temperatures in the Artic. Within the last 25 years a remarkable increase of the Arctic near-surface air temperature exceeding the global warming by a factor of two to three has been observed. The phenomenon is commonly referred to as Arctic Amplification. The warming results in rather drastic changes of a variety of climate parameters. For example, the Arctic sea ice has declined significantly. This ice retreat has been well identified by satellite measurements. However, coupled regional and global climate models still fail to reproduce it adequately; they tend to systematically underestimate the observed sea ice decline. This model observation difference implies that the underlying physical processes and feedback mechanisms are not appropriately represented in Arctic climate models. Thus, the predictions of these models are also likely to be inadequate. It is mandatory to identify the origin of this disagreement. / Ein neu geschaffenes deutsches Forschungskonsortium untersucht die Ursachen und Effekte des rapiden Anstiegs der bodennahen Lufttemperatur in der Arktis. Innerhalb der letzten 25 Jahre wurde ein bemerkenswerter Anstieg der Bodenlufttemperatur in der Arktis beobachtet, welcher die globale Erwärmung um den Faktor 2 bis 3 übersteigt. Dieses Phänomen wird als arktische Verstärkung bezeichnet. Diese Erwärmung resultiert vielmehr in einer drastischen Änderung einer Vielzahl von Klimarparametern. Beispielsweise ist das arktische Meereis deutlich zurückgegangen. Dieser Eisrückgang wurde durch Satellitenbeobachtungen gut beobachtet. Dagegen haben regionale und globale Klimamodelle immer noch Probleme, den Rückgang entsprechend zu reproduzieren. Sie tendieren dazu, den Meereisrückgang systematisch zu unterschätzen. Die Unterschiede zwischen Modell und Beobachtungen legen nahe, dass die grundlegenden physikalischen Prozesse und Rückkopplungsmechanismen nicht entsprechend in arktischen Klimamodellen repräsentiert werden. Somit sind wahrscheinlich auch die Vorhersagen der Modelle unzureichend. Es ist notwendig, den Ursprung dieser Unstimmigkeit zu identifizieren.

This qualitative study explores the application of deterrence strategies by the United States and Norway in the Arctic. Using the Regional Security Complex Theory to understand complex interactions in the region, the study finds that the countries have differing perspectives and strategies. The US emphasizes global security interests and employs a new concept of integrated deterrence (including integration efforts of allies), focusing on power projection with a punishing nature. Norway adopts a more defensive deterrence by denial, recognizing the link between the Baltic Sea and the Arctic (High North), aiming to avoid significant disruptions through horizontal escalation. These differences in strategies and perspectives can lead to tensions and potential conflicts in strategic agendas. The study also suggests supplementing the theory with transregional security complexes to enhance understanding at the regional level. In conclusion, this research sheds light on the dynamics of deterrence strategies in the Arctic and their implications for regional stability.