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RESTNI - Regionalisierte stündliche Niederschlagsdaten für die Ausbreitungsrechnung nach TA Luft (Datensatz)

Der Datensatz enthält stündliche Niederschlagsintensitäten für die Kalenderjahre 2005 bis 2023 (wird künftig jährlich fortgeschrieben) mit einer räumlichen Auflösung von 1x1 Quadratkilometer innerhalb der Grenzen der Bundesrepublik Deutschland für den Vollzug der Ausbreitungsrechnung nach Anhang 2 der TA Luft (Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz).

Verlässliche Prognose von anthropogenem, impulsartigem Unterwasserschall über weite Entfernungen

Aufbauend auf Vorarbeiten des Autors und der Gastinstitution sollen Modelle zur Vorhersage von Offshore Rammschall beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen und anderen impulshaltigen Unterwasserschallsignalen in beliebigen Umgebungen ermöglicht werden. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung eines Ausbreitungsmodells für komplexe Umgebungen, welches die gleichzeitige Berücksichtigung von starken Bathymetrieänderungen (sowohl in zwei wie auch in drei Dimensionen) und Böden mit hohen Scheer Geschwindigkeiten ermöglicht. Hauptanwendungsgebiet soll zunächst die Akustik von Offshore Pfahlrammungen sein, bei der vor allem die Entwicklung von geeigneten Modellen zur Verwendung von Schallschutzsystemen im Vordergrund steht. Aufgrund der in weiten Teilen nur sehr ungefähr bekannten Eingangsparameter für die entsprechenden Modelle, vor allem in Bezug auf die Bodenparameter, soll außerdem die Abschätzung der Vorhersagegenauigkeit unter Berücksichtigung weiterer Parameter vertieft werden. Für alle Teilpakete existieren bereits Messdaten, die für eine entsprechende Validierung genutzt werden sollen.

Entwicklung einer numerischen Pollenflugvorhersage

Die Zahl der von Pollenallergien Betroffenen ist in den letzten Jahren gestiegen. Nach Angaben des Deutschen Allergie- und Asthmabundes e. V. leiden 16 % der deutschen Bevölkerung unter einer Pollenallergie, Tendenz steigend. Vor allem die Pollen der Frühblüher (Hasel, Erle, Birke) sowie Gräser- und Kräuterpollen (Beifuß, Ambrosia) gehören zu den Hauptauslösern einer Pollenallergie. Allergische Reaktionen können unbehandelt zu chronischen Beschwerden und Erkrankungen führen (allergische Rhinitis, Asthma bronchiale). Damit verbunden sind steigende medizinische Kosten, Verringerung der Leistungsfähigkeit und Einschränkungen in der Lebensqualität. Eine gezielte Medikation kann dabei helfen, die allergischen Beschwerden zu begrenzen. Dazu sind Informationen über den zu erwartenden Pollenflug notwendig. Räumlich höher aufgelöste Pollenflugvorhersagen sowie die Vorhersage von Ferntransport (z.B. Ambrosia) können mit dem Ausbreitungsmodell COSMO-ART bzw. ICON-ART gerechnet werden. COSMO-ART und ICON-ART sind online gekoppelte Modelle, die für die Ausbreitung von Aerosolpartikeln und reaktiven Gasen am KIT entwickelt wurden. Die Pollenflugmodellierung umfasst pflanzenbiologische Prozesse (z.B. Blühbeginn) sowie atmosphärische Prozesse (z.B. Transport, Sedimentation).

Mechanistische atmosphärische Dispersionsmodellierung zur Abschätzung von Risiken für die Grundnahrungsmittelproduktion durch windverbreitete Krankheiten und Insektenplagen

Die Verluste in der globalen Nahrungsmittelproduktion durch Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden auf 17-30 % geschätzt (Savary et al., 2019). Viele der verheerendsten Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten werden durch die Luft übertragen und können sich entlang von Windströmungen über extrem große Entfernungen verbreiten. Sie überqueren Regionen, Länder und sogar ganze Kontinente (Aylor, 2017). Diese seltenen Ereignisse mit großem Verlustpotenzial können schwerwiegende Konsequenzen für die landwirtschaftliche Produktion haben, denn Sie können verheerende Epidemien und Insektenplagen auslösen. Während jüngste Fortschritte in den Bereichen meteorologische Modellierung, Fernerkundung und Computer-Technologie erste quantitative Abschätzungen des Risikos für solch langreichweitige atmosphärische Übertragung von Krankheiten und Schädlingen erlauben, bleiben doch zahlreiche offene Fragen, Herausforderungen und Modell-Unsicherheiten, die adressiert werden müssen, um Risiko-Abschätzungen für die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern (Meyer et al., 2017a,b; Meyer, 2018; Visser et al., 2018; Allen-Sader et al., 2019). Zentrale offene Fragen bleiben zum Beispiel bezüglich des Effektes von komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen Faktoren (z.B. Wind, Temperatur) und der Biologie von Pathogenen und Schadinsekten (z.B. Überlebenszeiten, Flugrichtung) auf charakteristische räumliche und zeitliche Ausbreitungsskalen, sowie auch bezüglich der Kopplung von realistischen Ausbreitungsmodellen mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen. Das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt adressiert zwei Ziele: (i) Literatur-Review und Experten-Interviews als Grundlage für die Parameterisierung von existierenden atmosphärischen Transport-Modellen für besonders relevante windübertragene pflanzliche Krankheiten und Schadinsekten, sowie (ii) Fertigstellung eines kürzlich entwickelten Prototyps (bisher nicht publiziert) für ein neues GPU-basiertes Simulations-Tool, dass es erlauben wird realistische atmosphärische Verbreitungsmodelle mit epidemiologischen und Pflanzenbestandes-Modellen zu koppeln, um somit die komplexen Wechselwirkungen zwischen meteorologischen und biologischen Faktoren besser verstehen zu können. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes, zusammen mit vorherigen Arbeiten des Autors, adressieren eine Lücke in der deutschen Forschungslandschaft. Die Integration des Walter-Benjamin Projektes in die Crop Sciences Group an der Universität Bonn als Gast-Institution mit enger Affiliation an das Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) bieten ein exzellentes Forschungsnetzwerk, sodass unter der Leitung des wissenschaftlichen Mentors für dieses Projekt wertvolle Beiträge zu laufender Forschung erwartet werden können. Das Walter-Benjamin Programm würde mir den Einstieg in die deutsche Agrarlandschaftsforschung ermöglichen und damit einen wertvollen Beitrag leisten zu der Etablierung eines selbständigen Forschungsprofils.

REFOPLAN 2022 - Ressortforschungsplan 2022, Atmosphärische Langzeitausbreitungsmodelle im urbanen Gebiet für die Expositionsberechnung im Umfeld von medizinischen und industriellen Einrichtungen

Meteorologische Einflüsse auf Pollenemission -ausbreitung

Emission und Ausbreitung von Pollen heimischer Baumarten sind bedeutende Prozesse, denn einerseits gehören Baumpollen zu den wichtigsten im Frühjahr aktiven Allergenen des Menschen, und andererseits ist die Pollenausbreitung ein entscheidender Prozess im Lebenszyklus der vorwiegend windbestäubten Bäume gemäßigter Breiten. So ist die Pollenausbreitung unverzichtbar für Bestäubung, Reproduktion und natürliche Regeneration und darüber hinaus für den Genfluss und die genetische Vielfalt innerhalb und zwischen Waldbaumpopulationen. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Analyse derjenigen meteorologischen Faktoren, welche die lokale Freisetzung und Ausbreitung von Baumpollen in einem typischen mitteleuropäischen Mischwald beeinflussen und die Entwicklung eines funktionellen Modells zur Pollenemission. Hierzu werden Messungen der Pollenkonzentration und meteorologischer Faktoren in einer hohen zeitlichen Auflösung auf drei Höhenstufen eines 30 m hohen Messturmes im 'Lehrforst Rosalia' in Ostösterreich durchgeführt. Der Pollenkollektor besteht aus drei speziell für diese Fragestellung entwickelten aktiven Probenahmeeinheiten, die eine gleichmäßige Pollensammlung aus allen Richtungen und eine hohe zeitliche Auflösung ermöglichen. Die meteorologische Ausstattung besteht aus drei Ultraschall Anemometern und konventionellen Temperatur-, Strahlungs-, und Feuchtesensoren, welche die meteorologischen Daten in denselben Höhen aufnehmen wie die Pollenkonzentrationen (über dem Kronendach, im Kronenbereich und am Waldboden). Zusätzlich zur Messkampagne soll der Pollentransport mit einem Lagrange-Partikel Modell simuliert werden. Die dafür erforderlichen Trajektoren werden mit einem diagnostischen Windfeldmodell auf Grundlage umliegenden synoptischer Messstationen erzeugt. Die zu erwartenden umfangreichen Daten werden signifikant beitragen: a) zu einem besseren Verständnis der Pollenemission verschiedener mitteleuropäischer Baumarten, b) zu einem funktionellen Verständnis der tageszeitlichen Variation der Pollenfreisetzung in Abhängigkeit von den meteorologischen Parametern, c) zu unserem Wissen über den horizontalen und vertikalen Pollentransports innerhalb und über der Bestandesschicht, und d) zur Möglichkeit Pollenkonzentrationen mit einem Lagrange-Partikel Modell zu simulieren. Die Ergebnisse des Projekts sind die Grundlage für eine neue Generation von Modellen zur Simulation der Pollenausbreitung. Derartige Modelle sind wichtige Werkzeuge für forstwissenschaftliche Fragestellungen und im Landschaftsmanagement, zur Vorhersage und zum Monitoring von allergieauslösenden Pollen und für Risikoanalysen zum Einsatz genetisch modifizierter Bäume.

BiodivGesundheit: Molekulares Monitoring der bakteriellen Biodiversität im Wasserkreislauf (MOMOBIO)

Berechnung der Ausbreitung von Kuehlturmschwaden mit numerisch-mathematischen Modellen

Es soll ein Rechenverfahren bereitgestellt werden, mit dem die Verteilung von Kuehlturmemissionen in der Umgebung eines Kraftwerkes bestimmt werden kann. Dafuer wird ein dreidimensionales Rechenprogramm entwickelt. Es wird ein Turbulenzmodell verwendet, das zwar erheblichen numerischen Aufwand erfordert, dafuer aber auch weitgehend universellen Charakter hat und dementsprechend mit bekannten Stroemungen geeicht werden kann.

Gutachterliche Stellungnahme zur Emissions- und Immissionssituation in der Umgebung der geplanten Deponie Greiling

Die vorliegende Stellungnahme befasst sich mit der planfestgestellten Hausmuelldeponie bei Greiling in Oberbayern (Bad Toelz). Wegen der Naehe zur umliegenden Wohnbebauung (ca. 250m) wurden die Geruchsemissionen und -immissionen in der Umgebung der geplanten Deponie untersucht. Eine Abschaetzung und Beurteilung der in einem bereits existierenden Gutachten vorgenommenen Annahmen und Berechnungen fuehrte teilweise zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dies betrifft insbesondere die Bedeutung von kleineren Stoerungen an der abgeschlossenen Deponie, die Emissionen aus dem Deponiebetrieb sowie die zugrundegelegten Ausbreitungsverhaeltnisse von Schadstoffen und deren Abbildung mit Ausbreitungsmodellen. Insgesamt laesst sich eine positive Eignung des planfestgestellten und in erster Gerichtsinstanz bestaetigten Standortes aus den vorliegenden und vom Deutschen Wetterdienst zu erhaltenden Ergebnissen nicht ableiten.

Ableitung spezifischer Schadstoff-Emissionsfaktoren fuer Fahrzeugstroeme anhand von Schadstoffmessungen im Heslacher Tunnel

Grundidee der Forschungsarbeit ist es, die nachvollziehbaren und kontrollierbaren Luftstroemungen in einem Tunnel zu nutzen, um aus der Abgasbeladung der Luft die Emissionen von Fahrzeugkollektiven zu bestimmen. Hauptvorteil dieser Vorgehensweise ist, dass diese Schadstoffbilanzierung weitgehend frei von aeusseren Einfluessen (z. B. Windstaerke, Windrichtung, Sonneneinstrahlung, Schadstoffemissionen anderer Quellgruppen) unter kontrollierbaren Randbedingungen durchgefuehrt werden kann. Die Bilanzierung erfolgt fuer die Komponenten Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoffe und Partikel (Russ). Der entscheidende Vorteil dieser Messungen besteht darin, dass das Emissionsverhalten unter Bedingungen, wie sie in der Praxis (hier: staedtische Hauptverkehrsstrassen) auftreten, bestimmt wird und die reale Fahrzeugflotte zu Grunde liegt. Der ausgewaehlte 2,3 km lange Tunnel der B 14 in Stuttgart-Heslach diente damit quasi als Grosslabor. Zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugkollektivs und des jeweiligen Verkehrsablaufs wurden ebenfalls umfangreiche Messungen und Erhebungen durchgefuehrt (z. B. Verkehrsstaerke, Verkehrszusammensetzung, Geschwindigkeit, Antriebsart, Hubraum, Leistung, Alter des Kfz). Die so ermittelten spezifischen Abgas-Emissionsfaktoren fuer Kraftfahrzeugstroeme koennen bei Wirkungsanalysen (z. B. Nutzen-Kosten-Untersuchungen von Strassenbauprojekten), bei Emissionskatastern, zur Kalibrierung von Ausbreitungsmodellen, zur Ableitung typischer Tagesganglinien einzelner Schadstoffe und auch zur Anpassung von Tunnellueftungen verwendet werden.

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