Die weltweite Inanspruchnahme von natürlichen Böden für Siedlungs- und Verkehrszwecke ist weiterhin hoch. Das gilt auch für Deutschland, wo es noch immer nicht gelungen ist, die Flächenneuinanspruchnahme von der wirtschaftlichen Entwicklung zu entkoppeln. Das aber ist Ziel einer Flächenkreislaufwirtschaft mit einem Null-Hektar-Flächenverbrauch, wie sie die Bundesregierung in ihrem Klimaschutzplan 2050 anstrebt. Die IÖR-Veröffentlichungsreihe Flächennutzungsmonitoring informiert über Ursachen, Wirkungen, indikatorbasierte Beschreibung von Stand und Entwicklung, Prognosen sowie Best-Practice-Beispielen einer nachhaltigen Flächenhaushaltspolitik. Damit sollen der Praxis Informationen an die Hand gegeben werden, um dem Flächenverbrauch, der Bodenversiegelung, der Zersiedelung und der Landschaftszerschneidung wirksam zu begegnen. Dazu werden aktuelle Ergebnisse aus Wissenschaft und Praxis vorgestellt, die auf dem Dresdner Flächennutzungssymposium 2020 präsentiert und diskutiert wurden. Der vorliegende Band fokussiert auf die Themen Flächenpolitik, Flächenmanagement, Flächenmonitoring, SDG-Indikatoren, Ökosystemmonitoring sowie neue Analysenmöglichkeiten durch neue Daten.

In this thesis spectral solar zenith radiances are analyzed which were obtained from ship-based measurements over the Atlantic ocean. In combination with high-resolution lidar and microwave remote sensing optical and microphysical cloud properties were retrieved using spectral radiation data. To overcome problems of existing transmissivity-based cloud retrievals, a new retrieval algorithm is introduced which circumvents retrieval ambiguities and reduces the influence of measurement uncertainties. The method matches radiation measurements of ratios of spectral transmissivity at six wavelengths with modeled transmissivities. The new retrieval method is fast and accurate, and thus suitable for operational purposes. It is applied to homogeneous and inhomogeneous liquid water and cirrus clouds. The results from the new algorithm are compared to observations of liquid water path obtained from a microwave radiometer, yielding an overestimation for thick liquid water clouds but a slight underestimation for thin clouds. A statistical analysis of retrieved cloud properties during three Atlantic transects is introduced. Similar characteristics of cloud properties are found in the mid latitudes and northern subtropics but the large variability of meridional distribution in the remaining regions imply the prevailing influence of weather systems compared to typical cloud distributions. With about 63% homogeneous stratocumulus clouds are found to be the prevailing cloud type over ocean, while scattered and inhomogeneous liquid water clouds amount to 16% and 21%, respectively. All analyzed distributions are affected by an increased frequency of small values of cloud properties caused by 3D radiative effects. The comparison with satellite-based and ship-based cloud retrievals along the cruise track show comparable results for the cloud optical thickness with limitations for thick liquid water clouds. The meridional distribution of effective radius agreed within the uncertainties of both methods, however, the satellite-derived values are biased toward larger mean values.

Aerosols show type-specific characteristics, which depend on intensive aerosol optical and microphysical properties that influence the radiation processes in the atmosphere in several ways. There are still large uncertainties in the calculation of the aerosol direct radiative effect. The classification of aerosols and the characterization of the vertical aerosol distribution is needed in order to provide more accurate information for radiative-transfer simulations. In the framework of the present thesis, the vertical and spatial distribution as well as optical properties of atmospheric aerosols over the European continent were investigated based on lidar measurements. Possibilities for an aerosol classification or so-called aerosol typing were presented and major aerosol types were specified. Former studies about the classification of aerosols were summarized and representative values for aerosol-type-dependent parameters were given. Case studies were used to demonstrate how observations of the European lidar network EARLINET from 2008 until 2010 were analyzed for aerosol layers and how model simulations and auxiliary data including the assessment of meteorological conditions were applied to determine the origin of each single aerosol layer. Thus, aerosol-type dependent parameters were evaluated and a novel method for the typing of aerosols was developed, which can be used, e.g., within algorithms of satellite data retrievals. Additionally, conversion factors were determined, which are needed for the harmonization of satellite data of present and upcoming missions. Furthermore, findings of the aerosol typing based on EARLINET data were compared to results of the aerosol classification scheme for satellite-borne lidar measurements onboard CALIPSO. It could be shown that deficient classifications of the aerosol type emerged systematically within the automated CALIPSO algorithm. Those wrong classification leads to an underestimation of the single-scattering albedo and hence to an overestimation of the warming effect of the respective aerosol layer. This overestimated warming effect has to be kept in mind for simulations of the global aerosol radiative effect based on CALIPSO data. / Die Bestimmung des direkten Strahlungsantriebs von Aerosolen ist mit großen Unsicherheiten behaftet. Inwiefern Aerosole die Strahlungsprozesse in der Atmosphäre beeinflussen ist abhängig von ihren optischen und mikrophysikalischen Eigenschaften. Zur Optimierung von Strahlungstransfersimulationen werden daher ergänzende Informationen über typspezifische Aerosoleigenschaften sowie die vertikale Aerosolverteilung benötigt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden anhand von Lidarmessungen die vertikale und räumliche Verteilung atmosphärischer Aerosole über Europa analysiert sowie deren optische Eigenschaften ermittelt. Einleitend werden Möglichkeiten der Aerosolklassifizierung erläutert und Aerosoltypen spezifiziert, die über Europa beobachtet werden können. Vorherige Studien zur Aerosolklassifizierung sind in einer Literaturübersicht zusammengefasst. Anhand von Fallstudien wurde zunächst die Analyse von Beobachtungen des europäischen Lidarnetzwerkes EARLINET von 2008 bis 2010 auf das Vorhandensein von Aerosolschichten verdeutlicht. Die Herkunft jeder einzelnen Aerosolschicht wurde anschließend unter Verwendung von Modellrechnungen sowie weiteren Informationen bestimmt und aerosoltypspezifische Kenngrößen berechnet. Mit Hilfe dieser Kenngrößen ist es möglich, den Typ des Aerosols abzuleiten. Daraus wurde eine neuartige Methode zur Typisierung von Aerosolen entwickelt, die z.B. in Algorithmen zur Verarbeitung von Satellitendaten verwendet werden kann. Zusätzlich wurden Umrechnungsfaktoren bestimmt, die zur Zusammenführung und zum Vergleich von Daten aktueller und zukünftiger Satellitenmissionen benötigt werden. Die Ergebnisse der Aerosoltypisierung auf Basis von EARLINET-Daten wurden anschließend mit Ergebnissen der automatischen Typisierung weltraumbasierter Lidarmessungen des CALIPSO-Satelliten verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass innerhalb des CALIPSO-Algorithmus systematisch fehlerhafte Klassifizierungen des Aerosoltyps auftreten. Diese falsche Klassifizierung führt zu einer Unterschätzung der Einfachstreualbedo und zu einer Überschätzung der erwärmenden Wirkung der betreffenden Aerosolschicht. Die überschätzte Wärmewirkung hat wiederum fehlerhafte Ergebnisse bei Strahlungstransferrechnungen, die auf CALIPSO-Daten basieren, zur Folge.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss einer hyperthermischen Stickstoffionenbestrahlung (Ekin < 25 eV) auf das Galliumnitrid-Schichtwachstum. Dabei wird insbesondere der Einfluss einer Oberflächenrekonstruktion, einer Strukturierung der Oberfläche, einer Zwischenschicht (Pufferschicht) und der Einfluss verschiedener Siliziumsubstratorientierungen auf das epitaktische Wachstum von dünnen Galliumnitrid-Schichten nach einer hyperthermischen Stickstoffionenbestrahlung diskutiert. Ziel war es, möglichst dünne, epitaktische und defektarme Galliumnitrid-Schichten zu erhalten. Für die Charakterisierung der Galliumnitrid-Schichten und der Siliziumsubstrate standen diverse Analysemethoden zur Verfügung. Die kristalline Oberflächenstruktur konnte während des Wachstums mittels Reflexionsbeugung hochenergetischer Elektronen beobachtet werden. Nachfolgend wurde die Oberflächentopografie, die kristalline Struktur und Textur, sowie die optischen Eigenschaften der Galliumnitrid-Schichten mittels Rasterkraftmikroskopie, Röntgenstrahl-Diffraktometrie, hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie und Photolumineszenzspektroskopie untersucht.

In this thesis a new three–dimensional (3D) vector radiative transfer model, the Solver for Polarized Atmospheric Radiative Transfer Applications (SPARTA) is introduced, validated against benchmark results, and applied to scientific problems. SPARTA employs the statistical forward Monte Carlo technique for efficient column–response pixel–based radiance calculations comprising polarization for 3D inhomogeneous cloudless and cloudy atmospheres. By means of SPARTA, two scientific issues in the field of radiative transfer are investigated. A sensitivity study has been conducted to illustrate the errors introduced by neglecting the effects of polarization in radiation simulations. Two atmospheric scenarios have been considered: a pure one–dimensional (1D) Rayleigh atmosphere and two–dimensional (2D) realistic inhomogeneous dust fields. In case of a purely molecular atmosphere, these errors strongly depend on molecular anisotropy, isotropic reflection, and more importantly, on single scattering albedo and optical thickness (saturation occurs for τ close to 1). Overall errors in the reflected field range up to about 10.5%. On the other hand, for rather high optical thickness, the bias induced by ignoring polarization for realistic inhomogeneous atmospheres is negligible (less than 1%). In addition, solar radiative transfer simulations for LIDAR–measured fields of optical properties of Saharan dust have been performed in order to quantify the effects induced by neglecting the horizontal photon transport and internal inhomogeneities (3D radiative effects) in radiance simulations including polarization. Results are presented for two exemplary mineral dust fields constructed from LIDAR observations. For each case, three radiative calculations are investigated: a 1D calculation according to the plane–parallel (1D mode); an Independent Pixel Approximation (IPA mode); and the 2D mode. The differences in domain–averaged normalized radiances of reflection and transmission are insignificant between the 1D or IPA and 2D calculation modes. However, local differences were observed since extinction is hinge on horizontal spatial variability. In the areas with large spatial variability in optical thickness, the radiance fields of the 2D mode differ about ±20% for the first and second Stokes elements (I, Q) from the fields of the 1D mode. This work points to a brand–new field: the quantification of the sensitivity of polarization to 3D radiative effects.

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In der Broschüre werden die Ergebnisse einer 3D-Modellierung tertiärer Einheiten der Nieder- und Oberlausitz zusammen mit einer geomorphologischen Analyse der Landoberfläche auf der Grundlage digitaler Höhenmodelle vorgestellt. Über diese Methoden konnten tertiäre und jüngere tektonische Bewegungen in der Lausitz indiziert werden. Die Broschüre richtet sich vor allem an Fachleute, die ein spezielles Interesse an 3D-Modellierungen geologischer Einheiten verbunden mit tektonischen Fragestellungen haben. Die geomorphologische Analyse zeigt anschaulich und nachvollziehbar auch interessierten Bürgern, welche modernen Methoden die tektonische Beurteilung einer Region ermöglichen.

Das Ziel des alljährlichen Dresdner Flächennutzungssymposiums (DFNS) ist es, neue Entwicklungen aus Wissenschaft und Praxis zur Flächennutzungsthematik vorzustellen und zu diskutieren. Der vorliegende Band vereinigt Beiträge zu nahezu allen Präsentationen der 8. Auflage dieser Veranstaltungsreihe, die vom 11. bis 12. Mai 2016 stattfand. Sie umspannen die Themen Handlungsstrategien, Flächensparen, Flächenplanung, Innenentwicklung, Flächennutzungsstatistik, neue (Geo-)Datenangebote, deutschlandweite Analyseergebnisse, Verkehr, nutzergenerierte Daten und Big Data, Ökosystemindikatoren sowie Prognose und Projektionen.