Zielsetzung: Die Auswirkungen des Klimawandels, von Hochwasser, Hitze, Dürre, Stürmen und Bodenerosion, sowie anhaltende Diversitätsverluste stellen neuartige Bedrohungsszenarien für das Kultur- und Naturerbe weltweit dar. Historische Gärten und Kulturlandschaften ebenso wie küsten- oder flussnahe Ansiedlungen sind gegenwärtig von den Folgen dieser Veränderungen besonders stark betroffen. Extremwetterereignisse beeinträchtigen die Standfestigkeit historischer Gebäude, die Struktur und Konsistenz historischer Putze, Baumaterialien und Ausstattungen. Zusammen mit dem Weltklimarat weisen Natur- und Denkmalschutzeinrichtungen deshalb vermehrt auf die Dringlichkeit von zukunftsfähigen Erhaltensstrategien hin (z.B. 'Global Research and Action Agenda on Culture, Heritage and Climate Change' von IPPC, UNESCO und ICOMOS, 2022). Noch reagiert die modulare universitäre Ausbildung in Denkmalpflege, Heritage Studies, Architektur oder Städtebau nur unzureichend auf diese Herausforderungen. Interdisziplinäre Querschnittsprojekte fehlen in der Regel ebenso wie eine Beschäftigung mit den globalen Verflechtungen der Problemlagen und andernorts erprobten nachhaltigen Lösungsansätzen. Aus diesem Grund werden elementare Interessen von Studierenden an Klimakompetenz derzeit nicht ausreichend berücksichtigt. Perspektivisch kann das kulturelle Erbe aber nur dann geschützt werden, wenn Spezialwissen in der komplexen Ursachenanalytik hinsichtlich Prävention wie auch reparaturfreundlicher Methoden und Materialkenntnisse vorhanden ist und interdisziplinäre Herangehensweisen erprobt sind. Auf die derzeitigen Desiderate in Ausbildung und Vermittlung reagiert das Pilotprojekt der Denkmallabore. Sie suchen die Ausarbeitung von Adaptation- und Mitigation-Strategien innerhalb eines komplexen Risikomanagements sowie die Entwicklung eines zukunftsweisenden Narrativs, von Wissenstransfers und Partizipationsstrukturen voranzutreiben. Diese Maßnahmen erklären sich aus den komplexen Gefährdungen des kulturellen Erbes und deren Verflechtungen im Zeichen der Klimakrise. Pflege, Reparatur und Prävention konstituieren einen neuen konservatorischen Imperativ. Schonender Umgang, wie ihn die Ökologie fordert und die Denkmalpflege seit langem praktiziert, könnte zusammen mit Strategien des Risk Preparedness und Change Management über die Sicherung des (Welt)Kulturerbes hinaus einen Wissens- und Methodenspeicher für den nachhaltigen Bestandsschutz darstellen - Denkmalpflege eine Avantgardefunktion übernehmen.
WaterGAP ist eine globale hydrologische Simulationssoftware zur Berechnung von Wasserflüssen und -speicherung auf allen Kontinenten der Erde. Sie wird verwendet, um Wasserverfügbarkeit und Wasserstress für Menschen und andere Biota weltweit zu bestimmen. In zahlreichen Studien wurde WaterGAP genutzt, um z.B. den Einfluss des Klimawandels auf Bewässerungsbedarf, ökologisch relevante Durchflusscharakteristika, Grundwasserneubildung und auf Wasserressourcen im Allgemeinen zu erforschen. Resultate aus diesen Studien sind in IPCC-Berichte eingegangen. WaterGAP nimmt unter den hydrologischen Modellen weltweit eine Führungsrolle ein. Allerdings wurde die Software über mehr als 20 Jahre von mehreren Doktoranden und Postdocs verändert und befindet noch sich immer in einem Prototypstadium. Die Software wurde nie grundlegend überarbeitet oder auf Grundlage einer sorgfältig geplanten Software-Architektur entwickelt. Es handelt sich eher um eine Ansammlung von Dateien mit jeweils fast 10.000 Code-Zeilen, ohne eine konsequente Modularisierung. Es ist es uns daher aktuell nicht möglich, die Software anderen Forschern zur Verfügung zu stellen, damit sie Ergebnisse replizieren und verstehen können oder die Software für eigene Forschung zu erweitern. Auch Modellveränderungen und Erweiterungen durch unsere beiden Gruppen sind herausfordernd und kosten Zeit. Gerade wegen der wichtigen Forschungsergebnisse bezüglich der Beurteilung und Projektion von globalen Wasserressourcen wäre eine Replikation der Ergebnisse durch Dritte unbedingt notwendig, was eine deutliche Verbesserung der Softwarequalität voraussetzt. Projektziel ist es. die Forschungssoftware in einer modernen Programmiersprache neu zuschreiben und ausführlich zu dokumentieren. Zudem soll die räumliche Auflösung flexibel anpassbar sein. Die resultierende Software soll testbar, wartbar, erweiterbar und durch Dritte nutzbar und erweiterbar sowie gründlich getestet sein. Die Neuentwicklung wird mit einem angepassten Scrum-Prozess durchgeführt und die Planung der Software Architektur wird auf Grundlage des IEEE 1016-2009 Dokuments erstellt. Mehrere Methoden werden genutzt um nachhaltig die Qualität der Software intern und externe zu steuern. Dieses Projekt wird anderen Forschern erlauben unser globales hydrologisches Modell selbst auszuführen, Ergebnisse zu replizieren oder die Einflüsse von Modifikationen in den Eingabedaten und Algorithmen zu untersuchen. Die Forschergemeinschaft kann so algorithmische Ansätze vergleichen, unserer Ergebnisse überprüfen und auch Fehler in unserer Software identifizieren. Um die Berichterstattung und Zusammenarbeit so einfach wie möglich zu gestalten setzen wir auf die etablierte Plattform github. Auch werden wir von automatisierten Tests und Benchmarkszenarien Gebrauch machen. Dies wird nicht nur dazu beitragen die Forschungssoftware WaterGAP effizienter zu nutzen und wissenschaftliche Ergebnisse robuster machen, sondern auch den wissenschaftlichen Fortschritt beschleunigen.
In subsoils, organic matter (SOM) concentrations and microbial densities are much lower than in topsoils and most likely highly heterogeneously distributed. We therefore hypothesize, that the spatial separation between consumers (microorganisms) and their substrates (SOM) is an important limiting factor for carbon turnover in subsoils. Further, we expect microbial activity to occur mainly in few hot spots, such as the rhizosphere or flow paths where fresh substrate inputs are rapidly mineralized. In a first step, the spatial distribution of enzyme and microbial activities in top- and subsoils will be determined in order to identify hot spots and relate this to apparent 14C age, SOM composition, microbial community composition and soil properties, as determined by the other projects within the research unit. In a further step it will be determined, if microbial activity and SOM turnover is limited by substrate availability in spatially distinct soil microsites. By relating this data to root distribution and preferential flow paths we will contribute to the understanding of stabilizing and destabilizing processes of subsoil organic matter. As it is unclear, at which spatial scale these differentiating processes are effective, the analysis of spatial variability will cover the dm to the mm scale. As spatial segregation between consumers and substrates will depend on the pore and aggregate architecture of the soil, the role of the physical integrity of these structures on SOM turnover will also be investigated in laboratory experiments.
Das Arbeitsgebiet Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik umfaßt neben den meteorologischen, energietechnischen, energiewirtschaftlichen und umweltschutztechnischen Grundlagen die Behaglichkeitskriterien, Wärme- und Kälteerzeugung und Verteilung, Systeme der Luftführung, Luftbehandlung sowie die Raumströmung, Betriebsbedingungen bei verschiedenen Nutzungs- und Einsatzarten sowie Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieaufwandes durch Wirkungsgradverbesserung, Nutzung von Umgebungswärme und Wärmerückgewinnung aus Abluft und Abwasser. Schwerpunkte sind Wärmepumpen (zur Nutzung von Abwärme und freier Umgebungsenergie) und die Nutzung der Sonnenenergie (passiv und aktiv, zur Teil- und Vollheizung) etc.
EQWIN-P soll das Preis-Leistungs-Verhältnis von energieeffizienten Gebäuden verbessern, indem der Automatisierungsgrad der Verarbeitung von Gebäudehülldaten erhöht wird. Das Problem heutzutage ist zum einen, dass Gebäudehülldaten zwar innerhalb einer Softwareanwendung verarbeitet werden, aber zwischen verschiedenen Anwendungen in der Regel nicht kompatibel sind und manuell oder in gebrochenen digitalen Ketten übertragen werden müssen. Dies umfasst zahlreiche proprietäre Formate, die in Teilen auch nur in bestimmten Wissenskontexten interpretierbar sind. Des Weiteren erhalten viele hochkomplexe Messdaten erst durch Algorithmen einen planerischen Mehrwert, so dass es dringend erforderlich ist, relevante Methoden zur Bewertung von Gebäudehüllen dem breiten Markt möglichst einheitlich bereit zu stellen. Fraunhofer konzipiert und implementiert in EQWIN-P gemeinsam mit den Partnern eine Plattform, so dass am Ende des Projektes unter anderem hygrothermische Daten und 'Methoden als Service' für optische Daten online nutzbar sind. Fraunhofer entwickelt dafür auch Demonstratoren für praktische Anwendungsszenarien, z.B. zu Energieberatung, sommerlichem Wärmeschutz, Tageslichtnutzung, Hygrothermik. Fraunhofer stimmt die Arbeiten international über Beteiligung inkl. Leitung eines IEA-Projektes ab. Statt vielen manuellen Schritten können Planende durch das Vorhaben zukünftig einfacher und umfassender aktuelle und hochwertige Gebäudehülldaten nutzen. Anstelle ihre Produktdaten in vielen verschiedenen Formaten anzubieten und die Inhalte kostenintensiv aktuell zu halten, können Komponenten- und Softwarehersteller eine einheitliche Form des Datenaustauschs für zahlreiche Daten und Methodenbibliotheken verwenden, die von verschiedenen Anwendungen genutzt werden. Dies ermöglicht bessere Produktdifferenzierungen am Markt. Energieeffiziente, nachhaltige Gebäude können damit effizienter und preiswerter als bislang geplant werden.
Ziel des Teilvorhabens ist es, die sich aktuell im Rollout befindliche SMGW-Infrastruktur als digitale und hochsichere Kommunikationsplattform in die zu entwickelnde Architektur eines übergreifenden, Gaia-X-konformen Datenraums für die deutsche Energiewirtschaft zu integrieren. Als eine der zentralen Energiedatenquellen sollen die über SMGW bereitgestellten Smart Meter Daten so bspw. zur Optimierung von Bestandsprozessen wie dem Bilanzkreismanagement oder auch als Basis für neue Geschäftsmodelle und berechtigte Akteure gleichermaßen niederschwellig wie auch unter Wahrung von Datenschutzbelangen zugänglich gemacht werden. Der souveräne Austausch dieser Daten über einen Energiedatenraum führt zu einer Beschleunigung und Komplexitätsreduktion energiewirtschaftlicher Prozesse und trägt einen entscheidenden Teil zu einer umfassenden Sektorenkopplung des Energiebereichs bei. Als Konsequenz verspricht die Integration der SMGW-Infrastruktur in einen Energiedatenraum durch die damit verbundenen Mehrwerte für bspw. Netzbetreiber oder auch Energieserviceanbieter eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Infrastruktur sowie die Öffnung für neue Geschäftsmodelle und Marktbereiche.
Die Architektur des Wurzelsystems von Mais hat sich während der Domestizierung und Verbesserung durch eine Kombination aus landwirtschaftlicher Selektion und Umweltanpassungen rund um den Globus erheblich verändert. Das Mikrobiom, das die Rhizosphäre um die Pflanzenwurzeln herum besiedelt, spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung der Stresstoleranz von Pflanzen. In der ersten Förderperiode dieses Projekts haben wir nachgewiesen, dass die Anzahl der Seminalwurzeln während der Domestizierung von Mais zugenommen hat, gefolgt von einem Rückgang bei lokal angepassten Sorten in Regionen mit begrenzter Wasserverfügbarkeit. Umwelt-, genetische und genomische Analysen ergaben frühere Signaturen der Domestizierung und Anpassung von Maiswurzeln und zeigten das genetische Potenzial zur Verbesserung der Trockentoleranz künftiger Nutzpflanzen auf. In der zweiten Förderperiode verfolgen wir zwei übergeordnete Ziele. Erstens soll ein tieferes Verständnis der genetischen und molekularen Grundlagen der systemischen Modulation der Wurzelmorphologie und -anatomie durch Seminalwurzeln gewonnen werden, um eine bessere Anpassung an die begrenzte Wasserverfügbarkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck werden wir die komplexe Pflanzenreaktion auf Trockenstress und die mit diesen Merkmalen assoziierten Gene identifizieren, die an der Architektur des Wurzelsystems als Reaktion auf Trockenheit beteiligt sind. Zweitens wollen wir die genetische Rolle des Wirts bei der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des von den Wurzelmerkmalen abhängigen nützlichen Mikrobioms der Rhizosphäre verstehen, um die Widerstandsfähigkeit von Mais gegen Trockenheit zu verbessern. In diesem Zusammenhang werden wir systematisch untersuchen, wie sich die genetische Variation des Wirts und die Genregulation auf die Zusammensetzung des Mikrobioms der Rhizosphäre und auf die Produktivität von Mais und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit auswirkt. Schließlich werden wir repräsentative Schlüsselgene und Schlüsselmikroben durch reverse Genetik und synthetische mikrobielle Gemeinschaften funktionell validieren. Diese Ergebnisse werden den Weg für eine verbesserte Pflanzenzüchtung und die Nutzung mikrobieller Ressourcen ebnen, um die künftige Nahrungsmittelproduktion und eine effiziente Ressourcennutzung in der Landwirtschaft zu sichern.
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