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Änderungen der Cant Speicherung und Änderungen in den Bildungsraten für Zwischen- Tiefen- und Bodenwasser im globalen Ozean, 1982 - 2015

Die erste Antragsphase war auf die Bildungsraten und die Speicherung von anthropogenem Kohlenstoff (Cant) im Antarktischen Zwischenwasser (AAIW) fokussiert. Mit Hilfe von Freon (CFC) Daten konnten wir eine signifikante Reduktion der AAIW Bildungsrate von den 1990ern zu den 2000ern Jahren feststellen. Dies führte zu einer geringeren Steigerung der Cant Speicherung als vom atmosphärischen Cant Anstieg und einem unveränderten Ozean zu erwarten war. Um den Schwierigkeiten mit den Randbedingungen auszuweichen (Pazifisches AAIW strömt über die Drake Passage auch in den Atlantik und weiter in den Indischen Ozean) planen wir nun ein globales Vorgehen um in allen Ozeanen die Bildungsraten und Cant Speicherungen in den Zwischen- Tiefen- und Bodenwassermassen zu berechnen. Darüber hinaus wird der Zeitraum bis 2015 ausgedehnt, und wo immer die Datenlage es zulässt, Pentaden- anstatt Dekadenmittelwerte gebildet. Verwendet wird der aktualisierte GlODAPv2 Datensatz und eigene Daten.Die Berechnungen aus den Beobachtungen werden mit den Ergebnissen eines wirbelauflösenden globalen Ozeanmodells (1/10 Grad) kombiniert. Das POP Modell (Los Alamos Laboratory Parallel Ocean Program) mit eines horizontalen Auflösung von 0.1 Grad und 42 Tiefenstufen wird für die letzten 20 Jahre mit einem realistischen Forcing angetrieben und enthält außerdem die Freone als Tracer. Neben dem Vergleich mit einem klimatologischen Antrieb wird das Modell zur Weiterentwicklung der Tracer-Methode verwendet wir z.B. die Unsicherheit von zu wenig Datenpunkten und der Extrpolationsroutine auf die Bildungsraten / Cant Speicherungen. Ein weiterer wichtiger Punkt wird die Bestimmung der TTDs aus Lagrange Trajektorien und der Vergleich mit TTDs aus Tracermessungen sein, sowie die Untersuchung der Rolle der Wirbel, der Vermischung durch Wirbel und der vertikalen Vermischung.

Transferlernen für KI-Geschäftsmodellinnovationen in digitalisierten, transparenten Verteilnetzen, Teilvorhaben OFFIS: Transferlernen und simulationsunterstützer Trainingsalgorithmus

Normiertes TFA-Bildungspotential aus Pflanzenschutzmitteln je Landkreis in kg/km² (Datensatz)

Für die sehr persistente und sehr mobile Verbindung Trifluoracetat (TFA) wird das abgeschätzte Bildungspotential aus Vorläufersubstanzen, welche als Aktivsubstanzen in Pflanzenschutzmitteln zum Einsatz kommen, dargestellt. Die Abschätzung wurde im Rahmen des Gutachtens „Trifluoracetat (TFA): Grundlagen für eine effektive Minimierung schaffen - Räumliche Analyse der Eintragspfade in den Wasserkreislauf“ (Laufzeit: August 2021-November 2022) vorgenommen. Hier dargestellt ist das flächennormierte TFA-Bildungspotential in kg/km².

TFA-Bildungspotential aus flüssigem Wirtschaftsdünger (in kg/ km²) (Datensatz)

Für die sehr persistente und sehr mobile Verbindung Trifluoracetat (TFA) wird das abgeschätzte Bildungspotential aus flüssigem Wirtschaftsdünger dargestellt. Die Abschätzung wurde im Rahmen des Gutachtens „Trifluoracetat (TFA): Grundlagen für eine effektive Minimierung schaffen - Räumliche Analyse der Eintragspfade in den Wasserkreislauf“ (Laufzeit: August 2021-November 2022) vorgenommen. Hier dargestellt ist das flächennormierte TFA-Bildungspotential je Landkreis in kg/km².

Transferlernen für KI-Geschäftsmodellinnovationen in digitalisierten, transparenten Verteilnetzen, Teilvorhaben TU Dortmund: Entwicklung einer Simulation as a Service-Architektur für detaillierte Verteilnetzsimulationen on demand

Transferlernen für KI-Geschäftsmodellinnovationen in digitalisierten, transparenten Verteilnetzen, Teilvorhaben PSI: Entwicklung und Erprobung einer State Estimation Validierungsumgebung zur Bewertung innovativer Netzüberwachungsfunktionalitäten

Kann 'Patchiness' (fleckenhafte räumliche Verteilung) die Habitatvariabilität in planktischen Foraminiferen erklären?

Die Schalen planktischer Foraminiferen zeichnen die physikalischen und chemischen Bedingungen in den oberen Wasserschichten des Ozeans zum Zeitpunkt ihrer Kalzifikation auf. In den Schalen eingeschlossene Spurenelemente- und Isotopensignaturen können für die Rekonstruktion der Schlüsselparameter der Wasserschichten in der Vergangenheit verwendet werden. Um das volle Potenzial dieser Signale zu erschließen, muss die Position in der Wassersäule, in welcher die Kalzifikation der Schale stattfindet, genau bestimmt werden. Beobachtungen aus stratifizierten Planktonnetzen und geochemische Analysen von Schalen aus dem Sediment zeigten, dass die Lebend- und Kalzifikationstiefe sowohl zwischen verschieden Arten als auch innerhalb einer Art variiert. Die Faktoren, die diese Variabilität steuern sind schwer zu identifizieren und das Verständnis wird durch Hypothesen, welche Veränderungen der Habitattiefe während des Lebens im Rhythmus mit Tag/Nacht- und Fortpflanzungszyklen beinhalten verkompliziert. Alle diese Konzepte beruhen auf der Annahme, dass die Verteilung der untersuchten Spezies räumlich einheitlich ist. Falls eine fleckenhafte räumliche Verteilung (Patchiness) der Spezies zutrifft könnten viele der beobachteten Muster und die Habitatvariabilität durch unvorhersagbare räumliche Heterogenität erklärt werden. Wir schlagen vor, stratifizierte Planktonproben, die in einem einzigartigen und bisher nicht durchgefürten Probennahmedesign während der RV METEOR-Expedition M140 gesammelt wurden, für die Bestimmung der Existenz und des Ausmaßes der Patchiness in planktischen Foraminiferen zu verwenden. Durch die Kombination von Faunenzählungen mit automatisierter hochauflösender 3D-Bildsegmentation von replizierten Proben werden wir aufklären, wo in der Wassersäule Individuen verschiedener Größen innerhalb einzelner Arten leben und mittels der Analyse ihrer Isotopensignaturen, wie zeitweilig stabil diese Lebensräume sind. Diese Ergebnisse werden das Wissen über das Ausmaß der Populationsstruktur marinen Mikrozooplanktons signifikant verbessern. Dadurch wird sowohl eine realistischere Repräsentation ihres Habitats in Modellen und Proxies als auch die korrekte Interpretation von punktuellen Beobachtungsdaten für globale Kohlenstoffbudgetabschätzungen ermöglicht.

Ensemble projections of hydro-biogeochemical fluxes under climate change

Uncertainty estimation in hydro-biogeochemical modeling is an ongoing area of research that focuses primarily on the investigation of stochastic model uncertainty. The evaluation of structural model uncertainty remains unusual, however there are various techniques available to quantify structural uncertainty. Ensemble modeling is one such technique that is commonly used in climatology and meteorology; disciplines where the structural uncertainty of predictive models has long been established. Its application in hydrological modeling is, however, much less common. Here we propose to evaluate structural uncertainty through *P ensemble modeling, using a set of four models to predict hydrological and nitrogen fluxes: SWAT, LASCAM, HBV-N and CMF-N. The models were selected to represent the range of complexity found in catchment scale modeling, from conceptual models to physically-based approaches, and from lumped to fully distributed descriptions. The GLUE concept is applied to quantify parameter uncertainty. This approach leads to the formulation of single-model ensembles. These single-model ensembles are then combined to produce different sets of probabilistic and deterministic multi-model ensembles. These multi-model ensembles are used to quantify the contribution of structural errors to overall predictive uncertainty. The development of conditional multi-model ensembles represents a large component of the work plan. In this case, the selection of the multi-model ensemble members is based on the capability of different model structures and parameterizations to capture certain conditions of the investigated catchments such as high-low flow, freeze-thaw cycles, or rewetting after extended droughts. The ensemble model is applied to German, Swedish and Australian catchments, and covers a broad range of different climatic boundary conditions, land uses and levels of anthropogenic disturbances.

Stand der Umsetzung der EU-Luftqualitätsrichtlinien und Strategien zum umwelt- und gesundheitsverträglicheren Verkehr in den Ballungsräumen in Nordrhein-Westfalen

Seit dem 1. Januar 2005 hat der städtische Verkehr wegen des Inkrafttretens neuer Grenzwerte für Partikel eine große öffentliche Aufmerksamkeit erfahren. Weiterer Handlungsbedarf wird sich durch die Umgebungslärmrichtlinie und die 2010 in Kraft tretenden NO2-Grenzwerte ergeben. Nach Meinung internationaler Wissenschaftler/innen und der Weltgesundheitsorganisation sind Luftschadstoff- und Lärmbelastungen derzeit das gravierendste Umwelt- und Gesundheitsproblem in den europäischen Ballungsräumen. Der motorisierte Straßenverkehr ist als Hauptverursacher für die Belastungen anzusehen. Verkehrsbezogene Maßnahmen sind der Schlüssel zur Einhaltung der Grenzwerte. Die Entwicklung eines umwelt- und gesundheitsverträglicheren Stadtverkehrs bedeutet, eine dauerhafte Verbesserung der Luftqualität und darüberhinaus eine Reduzierung von Lärm sowie eine Verbesserung der Standortqualität in den Ballungsräumen anzustreben. Das Wuppertal Institut hat vor dem Hintergrund der geltenden Reglungen die Situation zur Feinstaubbelastung in den Ballungsräumen in NRW aufbereitet und die daraufhin ergriffenen Maßnahmen analysiert. Die Maßnahmen wurden auf der Grundlage des Aktionsprogramms Umwelt und Gesundheit des Landes NRW (APUG NRW) einer ersten Bewertung bezüglich ihrer Wirksamkeit unterzogen. Den Abschluss der Studie bilden weitergehende Handlungsempfehlungen zur Verbesserung von Luft- und Stadtqualität. Die Arbeiten des APUG NRW zeigen die Wirkungszusammenhänge von Maßnahmen im Verkehr zur Reduzierung der Belastungen durch Luftschadstoffen und Lärm auf. Über die Wirkungsabschätzung verkehrlicher Maßnahmen hinaus erfolgte eine Einschätzung zu deren räumlicher und zeitlicher Wirksamkeit sowie zu möglichen Sekundär- und Synergieeffekten. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus diesen Szenarienberechnungen wurden die Auswirkungen auf die Gesundheit abgeschätzt. Die Studie zeigt, dass aufgrund der aktuellen Beurteilungslage in zwölf Städten und Gemeinden in Nordrhein-Westfalen Aktionspläne vorbereitet werden bzw. bereits in Kraft sind, um die Feinstaubbelastung kurzfristig zu senken. Darüber hinaus werden acht Luftreinhaltepläne aufgestellt, deren Maßnahmen sich gegen zu hohe Partikel- und NO2-Belastungen vor allem in Innenstädten richten. Die darin festgelegten Maßnahmen sollen eine langfristige Einhaltung der Grenzwerte sicher stellen. Maßnahmenschwerpunkte in den Plänen liegen im Bereich der technischen Optimierung von Fahrzeugen, der Verbesserung des Verkehrsflusses und der Verkehrslenkung bzw. Umverteilung des Straßenverkehrs. In diesem Maßnahmenbereich finden sich insbesondere Lenkungsmaßnahmen für den Lkw-Verkehr. Allerdings sind gerade auch dort Sekundäreffekte in Form von Verdrängungen des Verkehrs auf andere Straßen zu erwarten. Damit Entlastungen durch technische Verbesserungen nicht durch den Anstieg der Verkehrsmenge überkompensiert werden kommt die Studie zu dem Ergebnis, dass auch Strategien zur Reduzierung der Verkehrsmenge motorisierter Verkehrsmittel Etc.

The effect of water storage variations on in-situ gravity measurements and their use for hydrology (HYGRA)

Water storage variations in the soil, groundwater, snow cover and in surface water bodies cause a gravitational effect due to mass attraction. Thus, there exists a strong interrelation between hydrology and gravity. From a hydrological perspective, the estimation of water storage and its spatio-temporal changes is essential for setting up water balances and for effective water use and management. However, direct measurements of local water storage changes are still a challenging task while time-variable gravity observations are a promising tool as an integrative measure of total water storage changes. From a geodetic perspective, the hydrological gravity effect is an interfering signal, which imposes noise on gravimetric measurements and thus has to be eliminated from the gravity records. Superconducting gravimeters (SG) enable the in situ observation of the temporal changes of the earth gravity field. These SG data contain information about polar motion, earth tides, oscillations of the earth, atmospheric pressure and hydrology. But still variations in local water masses have a significant influence on SG measurements. Hence, the question is: How does local water storage change influence the signal of SG measurements? Objective: The objective of the HYGRA project is to separate the local hydrological signal from the integral signal of the SG records. From the geodetic perspective, this will provide a tool to remove the unwanted hydrological noise in SG recordings. At the same time, the hydrological gravity signal bears the potential to estimate hydrological state variables (ground water, soil moisture). Study Area: The HYGRA project focuses the relation of local hydrology and gravity in following study areas: Geodätisches Observatorium Wettzell, Deutschland; South African Geodynamic Observatory (SAGOS). Method The investigation of the interrelation between hydrology and geodesy is done by following worksteps: 1. 4D Simulation of the influence of water storage changes on the superconducting gravimeter; 2. Measuring and modelling of the different water storages; namely groundwater, soil moisture and snow; 3. Transformation of the water storage changes to a gravimetric signal; 4. Comparison between the measured gravity change by the SG and the estimated hydrological gravity response.

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