Das Projekt wird das hochaufgelöste Monitoring von Atmosphärenvariablen und Vegetationsparametern mittels kontinuierlicher bodengebundener Messungen und jährlichen Flugzeugkampagnen fortführen. Der ständig wachsende, mehrjährige Datensatz wird in Zusammenarbeit mit modellierenden Projekten (C4, D6) bzgl. Grenzschichtprozessen und im Zusammenhang mit der Oberfläche stehenden Mustern analysiert. Fluoreszenzbeobachtungen werden in das Community Land Model in TerrSysMP assimiliert, um zu testen, ob eine verbesserte Modellierung von CO2 Flüssen auch unter nicht-stationären Bedingungen möglich ist.
Bei der Datenassimilation für die numerische Wettervorhersage (NWP) wird die Kurzfristvorhersage (genannt als Hintergrund) durch die neuesten Beobachtungen korrigiert, um erste Bedingungen (Analyse) für die nächste Vorhersage zu schaffen. In diesem Prozess müssen die räumlichen Eigenschaften der Vorhersagefehler modelliert werden, damit sich die Auswirkungen der Beobachtungen physikalisch optimal ausbreiten. Die Reduzierung von Vorhersagefehlern auf synoptischen Skalen in mittleren Breiten, wo die Divergenz eine Größenordnung kleiner ist als die relative Vorticity, wurde erfolgreich mit Hilfe der quasi-geostrophischen Theorie modelliert. Auf diese Weise können Temperaturbeobachtungen Hintergrundfehler im Windfeld korrigieren und umgekehrt. Die Analyseunsicherheiten und kurzfristigen Vorhersagefehler in globalen NWP-Systemen sind jedoch in den Tropen am größten, wo die Divergenz mit der Vorticity vergleichbar oder sogar größer ist. Tropische Analyseunsicherheiten können einen dominierenden Einfluss auf die Genauigkeit der mittel- und weiträumigen Vorhersage in den mittleren Breiten haben. Es wird hier argumentiert, dass die Verringerung der Analyseunsicherheiten in den Tropen ein entscheidender Schritt ist, der erforderlich ist, um das Spektrum nützlicher Vorhersagen in globalen NWP-Modellen zu erweitern. Ziel dieses Projekts ist es, eine neue Randbedingung für die Hintergrundfehlermodelle bei der Datenassimilation zu entwickeln, die Divergenz-dominierte Beziehungen zwischen den tropischen Temperatur- und Windvariablen über viele Skalen hinweg berücksichtigen. Die vorgeschlagene Randbedingung verwendet die Masse-Wind-Beziehungen, die tropische Schwerewellen beschreiben. Es hat sich gezeigt, dass diese Randbedingung viel versprechend für die Verbesserung tropischer Analysen ist. Dieses Projekt wird diese Ideen auf die globale Atmosphäre ausdehnen, indem es 1) einen neuen Datenassimilierungsrahmen entwickelt, der die tropischen und mittleren Breiten Aspekte der atmosphärischen Dynamik miteinander verbindet, 2) die strömungsabhängigen Hintergrundfehlerinformationen aus den Ensemble-Vorhersagen verwendet und 3) das Potential verbesserter tropischer Analysen auf Extratropen abschätzt.
Das Ziel des Heisenberg-Programms ist es, herausragenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die alle Voraussetzungen für die Berufung auf eine Langzeit-Professur erfüllen, zu ermöglichen, sich auf eine wissenschaftliche Leitungsfunktion vorzubereiten und in dieser Zeit weiterführende Forschungsthemen zu bearbeiten. In der Verfolgung dieses Ziels müssen nicht immer projektförmige Vorgehensweisen gewählt und realisiert werden. Aus diesem Grunde wird bei der Antragstellung und auch später bei der Abfassung von Abschlussberichten - anders als bei anderen Förderinstrumenten - keine "Zusammenfassung" von Projektbeschreibungen und Projektergebnissen verlangt. Somit werden solche Informationen auch in GEPRIS nicht zur Verfügung gestellt.
Die Snake River Plain-Yellowstone Provinz (SRP) weist ein einzigartiges Vorkommen von bimodalem Magmatismus auf (Basalte-Rhyolithe). Die Intrusion von Basalten in der tiefen Kruste ist mit einem Recycling der kontinentalen Kruste verbunden, der zur Bildung von Rhyolithen geführt hat. Mehrere Modelle werden zurzeit für die Bildungsprozesse der Rhyolithe erwähnt (u.a., Fraktionierung von Basalten, Assimilation, Teilschmelzprozesse von Krustenmaterial). Die Modelle sind jedoch nicht experimentell getestet worden und bleiben qualitativ. In diesem Projekt soll untersucht werden, in wie fern Rhyolithe aus Teilschmelzprozessen von Krustenmaterial entstehen können. Hochdruckexperimente werden durchgeführt, um Teilschmelzprozesse in typischen Ausgangsgesteinen zu simulieren. Zwei Zusammensetzungs-Typen, die öfters als Quelle vorgeschlagen wurden, werden untersucht: hydrothermal alterierte Rhyolithe und basaltische Gesteine. Die geochemische Zusammensetzung (Hauptelemente und Spurenelemente) der experimentellen Schmelzen werden mit natürlichen Gläsern von ICDP Proben und von weiteren eruptiven Einheiten verglichen. Die Zusammensetzung der natürlichen Gläser wird weiterhin benutzt werden, um die Tiefe der Magma-Reservoire mit Hilfe eines neu kalibrierten Barometers zu bestimmen. Proben von einigen eruptiven Einheiten (u.a., aus Kimberley and Sugar City Bohrungen) werden ausgewählt um zu testen, ob einzelne Eruptionen aus mehreren Magma-Reservoiren gespeist werden. Die experimentelle Arbeit und die Untersuchung der natürlichen Proben (ICDP Bohrungen und SRP) werden hilfreich sein um die Entstehungsprozesse der Rhyolithe zu klären (Quelle, Bedingungen). Weiterhin wird die Arbeit einen wichtigen Beitrag leisten, um die Entwicklung der Tiefe und der Temperatur der rhyolitischen Magmakammer seit dem Beginn der vulkanischen Aktivität vor 16 Millionen Jahren nachzuvollziehen.
Die Veränderung der instanten Richtung und des Betrages des Erdrotationsvektors infolge der variablen Strömungen der Atmosphäre und des Ozeans sollen für Zeiträume von Tagen bis Dekaden berechnet und mit geodätischen Beobachtungen verglichen werden. Grundlage sind die numerischen Daten hochauflösender Zirkulationsmodelle von Atmosphäre und Ozean, aus denen die zeitabhängigen Antriebsfunktionen für die Integration der Kreiselgleichungen der Erdrotation gewonnen werden. Die Arbeiten gehen in drei Richtungen: (1) Es soll grundsätzlich untersucht werden, welche Perioden der Erdrotation durch den gemeinsamen Einfluss von Atmosphäre und Ozean angeregt werden ('Systemstudie').(2) Es soll mit hochaufgelösten Daten der Atmosphäre und des Ozeans (Reanalysen) und den präzisen Beobachtungen moderner geodätischer Raumverfahren (VLBI, GPS) eine Assimilation in die Liouvilleschen Kreiselgleichungen durchgeführt werden. Ziel dieser Studie ist eine optimale Anpassung und Kontrolle von freien Parametern (Lovesche Zahlen, Reibungskoeffizienten, Dämpfungsfaktor Q) ('Assimilationsstudie').(3) Es sollen für den konkreten Zeitraum der letzten 100 Jahre Vergleiche mit gemessenen Polbewegungen und Änderungen der Tageslänge durchgeführt werden ('Klimastudie').
Im südlichen Weddellmeer hat der Energietransfer aus Küstenpolynjen in die Atmosphäre einen großen Effekt auf die atmosphärische Grenzschicht, auf die Meereisproduktion und die damit verbundene Bildung von High-Salinity Shelf Water (HSSW). Die Kenntnis der Fläche der Polynjen, ihrer Bedeckung mit dünnem Eis, der atmosphärischen Antriebsprozesse und der ozeanischen Prozesse sind von großer Bedeutung für die Quantifizierung der Meereisproduktion und der HSSW-Bildung, die einen bedeutenden Antrieb für die globale thermohaline Zirkulation des Ozeans darstellt und die Schmelzraten an der Basis des Filchner-Ronne-Schelfeises entscheidend mitbestimmt. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Quantifizierung der Meereisproduktion und HSSW-Bildung im südlichen Weddellmeer für die letzte Dekade (2002-2012). Als neuartigen Ansatz werden wir eine Synergie von Atmosphären- /Meereis- /Ozeanmodellierung und Fernerkundung von Dünneisdicken verwenden. Das Community Climate Model COSMO-CLM wird als Atmosphärenmodell und das FESOM-Modell des AWI wird als Meereis- /Ozeanmodell verwendet. Dünneisdicken abgeleitet aus MODIS-Daten dienen zur unabhängigen Bestimmung von Meereisproduktion und zur Assimilation in FESOM. Die Projektergebnisse sind eine verbesserte Bestimmungen der HSSW- und Meereisproduktion sowie eine Fehlerbestimmung der unterschiedlichen Methoden. Diese Quantifizierung der Meereisproduktion über dem kontinentalen Schelf im südlichen Weddellmeer ist nicht nur für Fragestellungen der Ozeanographie und Meteorologie wichtig, sondern betrifft auch die Robustheit von Klimaprojektionen zur Zukunft der antarktischen Schelfeise und des antarktischen Eisschilds.
In Phase 1 lieferte "Operation Hydrometeors" für das Schwerpunktprogramm einen effizienten polarimetrischen Vorwärtsoperator als wichtige Voraussetzung der Verschmelzung von Radarpolarimetrie und numerischer Atmophärenmodellierung. Der nicht-polarimetrische “Efficient Modular VOlume RADar Operator” (EMVORADO) wurde unter Annahme von ellipsenförmigen Hydrometeoren um die Berechnung synthetischer Polarisationsparameter bei Wetterradarwellenlängen erweitert und ist sowohl in Form von Online-Implementierungen in den Wettervorhersagemodellen COSMO und ICON als auch als eigenständiges Programm verfügbar. Des Weiteren haben wir, basierend auf einem Clustering der polarimetrischen Variablen, einen ausgefeilten und robusten Algorithmus zur Hydrometeor-Klassifikation (HMC) entwickelt. Neben der Klassifizierung des dominierenden Hydrometeortyps bietet er zusätzlich die Möglichkeit, die anteiligen Massenverhältnisse der Hydrometeortypen an einem Ort zu schätzen, und zwar sowohl auf Basis polarimetrischer Radarbeobachtungen als auch auf Basis synthetischer Variablen, welche durch die Anwendung von EMVORADO auf ICON-Simulationen erhalten werden. Mit den entwickelten Werkzeugen haben wir polarimetrische Signaturen und Hydrometeore in stratiformen Regen unter Verwendung einer dualen Strategie ausgewertet, die synergistisch die hochentwickelte Hydrometeorklassifizierung und -Quantifizierung mit dem direkten Vergleich von multivariaten beobachteten und synthetischen polarimetrischen Radarparametern kombiniert. Die Analysen lieferten bereits einige Verbesserungen der Zwei-Momenten-Wolkenmikrophysik-Parametrisierung in ICON.In Phase 2 werden die entwickelten Werkzeuge weiter verfeinert, um ihre Anwendbarkeit zu erweitern. Wir verbessern das Schmelzschema in EMVORADO, koppeln möglicherweise auch eine Streudatenbank an und verfeinern unsere neue HMC weiter, um Hydrometeor-Cluster über die 0°C-Grenze hinweg zu ermöglichen. Mit diesen Entwicklungen und der Anwendung unserer dualen Strategie evaluieren und verbessern wir die Darstellung von drei weiteren wichtigen polarimetrischen Signaturen, die auf verschiedene Modellschwächen hinweisen: (1) Säulen mit erhöhter differentieller Reflektivität ZDR weisen den Weg zu einer besseren Darstellung des Gefrierprozesses von Regentropfen, (2) das ZDR in Bodennähe liefert Informationen zur besseren Parametrisierung der Regentropfengrößenverteilung, und (3) polarimetrische Variablen in der Zone bevorzugten Dendritenwachstums liefern die Informationen zur Verbesserung und Erweiterung der Darstellung von mikrophysikalischen Eisprozessen wie z.B. die sekundäre Eisproduktion im Modell. Schließlich werden wir zwei von der Polarimetrie abgeleitete Informationen für die indirekte Datenassimilation in ICON ausnutzen: wir assimilieren ZDR-Säulenobjekte und/oder die aus unserer neuen HMC abgeleiteten Massenverhältnisse der Hydrometeortypen in geeigneter Form, höchstwahrscheinlich als kategorische Ranginformationen.
Im Fachinformationssystem Waldökologie, Waldverjüngung und Waldpflege werden alle am SBS erfassten Daten und Informationen aus waldbaulichen Versuchsflächensystemen zusammengefasst. Dies betrifft mehrere Teilbereiche des waldbaulichen Versuchswesens, hierfür wurden jeweils spezielle Teilprojekte eines komplexen Datenbanksystems [DATAPOOL] entwickelt. Folgende DATAPOOL - Projekte sind bisher spezifiziert und werden verwendet: - Mikroklima / Waldklima - Waldertrag und Bestandesstruktur - Ökophysiologie Darüber hinaus werden Vegetationsdaten in einem gesonderten Access Datenbankprojekt [VEGETATI] gehalten und bereitgestellt. Insbesondere das komplexe DATAPOOL Projekt ermöglicht die Bereitstellung umfassender Informationen für weitere erforderliche Auswertungsschritte: So sind beispielsweise umfangreiche ertrags- und waldwachstumskundliche Auswertungen der erfassten Versuchsflächen [spez. ertragskundliches Auswerteprogramm] in Abhängigkeit von waldbaulichen Behandlungsvarianten, standörtlichen Unterschieden oder anderen Einflussfaktoren möglich. Darüber hinaus können über die räumliche Darstellung und Auswertung der Bodenvegetations- und Bestandesstrukturen in 2d- und 3d Varianten auf Basis eines CAD-Systems und eines speziellen 'Waldbau-Visualisierungstools auch quantifizierte Strukturanalysen erstellt, Wachstums- bzw. Vitalitätsabhängigkeiten hinsichtlich der Bodenvegetation (Kleinstandort) oder der Bestandesstruktur (Konkurrenz) hergestellt werden. Mit der Verfügbarkeit der digitalen Standortsinformationen wird auch eine Verschneidung mit allen räumlichen/ flächenhaften FGIS - Informationen für spezielle Auswertungszwecke möglich (Schnittstelle zum FGIS). Kombinationen aus ökophysiologischen und mikroklimatischen Daten werden i.d.R. benötigt, um für typische Standortsbedingungen artspezifische/ herkunftsspezifische Umweltabhängigkeiten der Assimilation und Transpiration zu ermitteln - gefundene funktionale Abhängigkeiten gehen in Simulationsmodelle zur umweltabhängigen Berechnung der ökophysiologischen Aktivität der relevanten Arten der Bodenvegetation sowie der Baumarten des Waldumbaus ein. Über die mikroklimatischen Daten der Waldklimastationen stehen i.d.R. auch standortsrepräsentative hochauflösende Jahresdynamiken der Umweltbedingungen (Meteorologie, Bodenfeuchte, Strahlung) aus differenzierten Varianten waldbaulicher Versuche und aus Freiflächenmessungen zur Verfügung. Diese werden eingesetzt, um abgelaufene Umweltbedingungen hinsichtlich relevanter Prozesse im Wald (Wachstum, Vitalität, Schaderreger, Vegetationsentwicklung etc.) beurteilen zu können. Sie sind essentielle Voraussetzung zum 'treiben' von Modellen der Waldentwicklung bzw. des Waldwachstums, des Wasserhaushaltes im Wald oder auch für Modelle hinsichtlich der Schaderregerentwicklung etc.
Die Aufteilung der Nettostrahlung in latenten und fühlbaren Wärmestrom sowie die Infiltrationskapazität hängen stark vom Sättigungszustand des Bodens ab. Die raumzeitliche Verteilung des Bodenwassergehalts ist daher eine Schlüsselvariable für den gekoppelten Austausch von Wasser und Energie zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Die Bedeutung des Bodenwassergehalts erstreckt sich dabei von der lokalen über die regionale bis hin zur kontinentalen Skala. Die Initialisierung und Evaluierung von hydrologischen und atmosphärischen Modellen im Hinblick auf Bodenfeuchte und Schneespeicher ist besonders schwierig, weil die Beobachtungsskala und die räumliche Auflösung in den Modellsystemen üblicherweise nicht übereinstimmen. Wir untersuchen das Potenzial und die Grenzen von feldskaligen, Neutronen basierten Beobachtungen (Cosmic-Ray Neutron Sensing, CRNS) und in situ Sensornetzwerken für die Assimilation in gekoppelten hydrologisch - atmosphärischen Modellen, sowohl für die Bodenfeuchte als auch für das Schneewasseräquivalent. Durch die CRNS Methode erwarten wir erhebliche Verbesserungen für die hydrologische Modellierung, die Landoberflächenmodellierung und damit auch für voll gekoppelte regionale hydrologisch-atmosphärische Simulationen. Die zentralen Ziele des vorgeschlagenen Forschungsvorhabens sind: 1) eine einheitliche Integration von feldskaligen Bodenfeuchte- und Schneewasserdaten in Hydrologie- und Landoberflächenmodelle durch Datenassimilation zu realisieren, 2) den Mehrwert dieser Daten für die hydrologische- und Landoberflächenmodellierung zu bewerten und zu quantifizieren, und 3) die Untersuchung des Einflusses der Assimilation der Bodenfeuchtedaten auf die lokalen Wechselwirkungen zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Wir führen zudem eine integrative Analyse zur Eignung weiterer physikalisch basierter hydrologischer Modelle zur Wiedergabe von Boden- und Schneewasserdynamik auf der Feld- und Regionalskala durch. Darüber hinaus werden wir den Ensemble Kalman Filter (EnKF) Datenassimilationsansatz mit dem Stand-alone-WRF-Hydro (Noah-MP) Modell anwenden und untersuchen, wie simulierte Zustände und Flüsse verbessert werden. Mittels inverser Modellierung ermitteln wir, wie gut die Datenassimilation zur Optimierung statischer Bodenparameter genutzt werden kann. Abschließend analysieren wir den Austausch von Feuchte an der Grenzfläche zwischen Land und Atmosphäre unter Verwendung des voll gekoppelten hydrologisch-atmosphärischen Modellierungssystems WRF-Hydro.
Aktuelle Erkenntnisse legen nahe, dass tropische Ökosysteme, insbesondere tropische Wälder, eine wichtige Rolle im globalen Hg-Zyklus spielen. Aufgrund der hohen Produktivität und Litterproduktion in tropischen Wäldern findet 70% der globalen atmosphärischen (trockenen) Hg-Deposition auf Waldböden in diesen Umgebungen statt. Es besteht ein wachsendes Interesse an der Bedeutung der Bestimmung der Beziehung zwischen Hg-Akkumulation in Blättern und Blatt-/Kronenmerkmalen wie spezifischer Blattfläche (SLA) und Blattflächenindex (LAI), um globale Hg-Modelle zu Aktualisierung. Jedoch wurden diese Parameter sowie die Hg-Akkumulation in der Vegetation tropischer Wälder noch nie untersucht. Ein weiterer entscheidender Faktor, der noch nie bewertet wurde, ist der Zusammenhang zwischen der Hg-Akkumulation in den Blättern und der Wassernutzungseffizienz (WUE), die die Menge an Kohlenstoff ist, die als Biomasse pro Einheit Wasser von der Pflanze produziert wird. Stomatale Regulation spielt eine entscheidende Rolle in der WUE, da die Stomataöffnung den Wasserverlust durch Transpiration und die Menge an CO2 beeinflusst, die gewonnen wird. Da die Hg-Aufnahme auch von der stomatalen Regulation abhängt, kann die Etablierung dieser Beziehung wertvolle Einblicke in die Rolle liefern, die Dürre und eine bessere Anpassung an Dürre durch Pflanzen mit höherer WUE zukünftig bei der Hg-Assimilation in der Vegetation spielen werden.Ziel dieser Studie ist es, den Hg-Kreislauf der Vegetation in tropischen Wäldern genauer zu charakterisieren, einschließlich zwei verschiedener Waldtypen, dem tropischen trockenen Laubwald (TDBF) und dem tropischen feuchten Laubwald (TMBF). Dadurch wollen wir dazu beitragen, eine bessere Bewertung der Bedeutung tropischer Wälder im Vergleich zu nichttropischen Wäldern als Hg-Senken zu erreichen. Die vorgeschlagene Studie zielt darauf ab, zu bestimmen, wie verschiedene tropische Waldtypen und damit verbundene klimatische Bedingungen die Hg-Akkumulation in der Vegetation antreiben und wie der Transport von der Atmosphäre in den Boden stattfindet. Schließlich wird diese Studie die Hg-Akkumulation im organischen Oberboden quantifizieren und ihre Beziehung zur C-Akkumulation und Hg-Flüssen im Laubfall bestimmen, was wertvolle zusätzliche Daten für zukünftige globale Hg-Modelle liefern wird. Die Studie wird die Hg-Akkumulation in der Vegetation charakterisieren und die saisonale und räumliche Variabilität in der Hg-Ablagerung durch Laubfall bewerten. Durch den Vergleich die zwei (nahezu) extreme tropische Systeme darstellen, können wir eine einzigartige Perspektive auf die Funktionsweise tropischer Wälder gewinnen und inwieweit sie sich in Bezug auf die Hg-Akkumulation unterscheiden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Federal | 189 |
| Science | 8 |
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|---|---|
| Data and measurements | 8 |
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| Closed | 4 |
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| Topic | Count |
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| Air | 106 |
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