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Code for linking half-hourly CO2 eddy covariance flux data with Sentinel-2 derived vegetation indices (7) for 05/03/2020 - 23/08/2022 [code]

This repository provides the code used for the article "Monitoring cropland daily carbon dioxide exchange at field scales with Sentinel-2 satellite imagery" by Pia Gottschalk, Aram Kalhori, Zhan Li, Christian Wille, Torsten Sachs. The data are used to exemplify how ground measured CO2 fluxes of an agricultural field can be linked with remotely sensed vegetation indices to provided an upscaling approach for spatial CO2-flux projection. The repository contains the codes produced for the article "Monitoring cropland daily carbon dioxide exchange at field scales with Sentinel-2 satellite imagery" by Pia Gottschalk, Aram Kalhori, Zhan Li, Christian Wille, Torsten Sachs. In this article, the authors present how local carbon dioxide (CO2) ground measurements and satellite data can be linked to project CO2 emissions spatially for agriculutral fields. The codes are provided for - footprint analysis and raw flux data quality control (MATLAB codes); - retrieving Sentinel-2 vegetation indices via Google Earth Engine (GEE code); - subsequent quality control, gap-filling and flux partitioning following the MDS approach by Reichstein et al. 2005 implemented by the R-package "REddyProc" (R codes); - statistical analyses of combined EC and Sentinel-2 data (R codes); - code for all figures as displayed in the manuscript (R codes). This software is written in MATLAB, R and JavaScript (GEE). Running the codes (R and .m files (Code)) and loading the data files (CSV files and .mat files (Data)) requires the pre-installation of [R and RStudio] (https://posit.co/downloads/) and (MATLAB). The GEE script runs in a browser and can also be opened/downloaded here: https://code.earthengine.google.com/858361ae4aac7c3fe5227076c9733040 The RStudio 2021.09.0 Build 351 version has been used for developping the R scripts. The land cover classification work was performed in QGIS, v.3.16.11-Hannover. Data were analyzed in both MATLAB and R; and plots created with R (R Core Development Team 2020) in RStudio®.The R codes in this repository contain a suite of external R-packages ("zoo"; "REddyProc"; "Hmisc"; "PerformanceAnalytics") which are required for data analysis in this manuscript. The data to run the codes are published with the DOI https://doi.org/10.5880/GFZ.1.4.2023.008 (Gottschalk et al., 2023).

Half-hourly CO2 eddy covariance flux data, associated meteorological data and Sentinel-2 derived vegetation indices (7) for 05/03/2020 - 23/08/2022 [data]

This repository contains all the data used for the article "Monitoring cropland daily carbon dioxide exchange at field scales with Sentinel-2 satellite imagery" by Pia Gottschalk, Aram Kalhori, Zhan Li, Christian Wille, Torsten Sachs. The data are used to exemplify how ground measured CO2 fluxes of an agricultural field can be linked with remotely sensed vegetation indices to provided an upscaling approach for spatial CO2-flux projection. The provided data form the basis for running the data processing scripts sequentially for (re-)producing all statistical analyses, results and figures in the article. The data are given in the formats as used in the data-processing scripts written in R, MATLAB and JavaScript of Google Eearth Engine. All codes for processing the data and a workflow description can be found here. The dataset covers three types of data: half-hourly eddy covariance (EC) data, satellite derived vegetation indices and GIS/image data. Continuous EC CO2 fluxes (03/2020 - 08/2023) are measured at the agricultural site "Heydenhof" in Northeastern Germany. The data file is provided in .mat (MATLAB) format containing the standard EddyPro software output variables which are described in an accompanying meta data file. The land use information used for footprint modeling is included as .jpeg and .png-files for visulisation and as .mat-file to be used for running the footprint modeling script. Sentinel-2 vegetation indices are provided as .csv files. These files are provided for convenience and version control only as the JavaScript for generating Sentinel-2 derived vegetation indices in Google Earth Engine is provided in the associated code repository. Here, the field boundaries are provided as shape file. Data file description: "HEY_LandUse_image.mat": MATLAB file in raster format, containing the land use codes in a 4x4 km raster with a resolution of 1 m used for running the Korman-Meixner foot print model for flux source area attribution. "meta_data_HEY_LandUse_image.txt": description of land use codes used in the "HEY_LandUse_image.mat" "HEY_LandUse_image.png": Visualisation of HEY_LandUse_image.mat. Figure A2 in manuscript. Showing the land use distribution around the measurement tower encoded in the number of land use classes used for foot print modeling. "HEYDENHOF.jpeg": Visualisation of land use classes from digitisation. Auxiliary information. Showing the land use distribution around the measurement tower. "HEY_FluxData_20200304_20220824_all_data.mat": MATLAB data file containing the half-hourly EC measurements plus auxiliary meteorological variables from 04/03/2020 to 24/08/2022 in matrix format with rows being the half-hourly measurements and including the unique time identifier "Timestamp", and "NaN" as missing data value. "meta_data_HEY_FluxData.txt": text file accompanying "HEY_FluxData_20200304_20220824_all_data.mat" containing the variable names, units, format, range and description for the variables of "HEY_FluxData_20200304_20220824_all_data.mat" "TERENO_prec_data_2020_2022.csv": comma separated text file containing the half-hourly precipitation data for the measurement site (HEY) from 01/01/2020 to 13/10/2022. "meta_data_TERENO_prec.txt": text file accompanying " TERENO_prec_data_2020_2022.csv " containing the variable description of the TERENO precipitation data. "HEY_tower_field.zip": zipped shape file outlining the agricultural field used as source area for the satellite data retrieval. "S2.csv": comma separated text file containing the vegetation indices from Sentinel-2 for the agricultural field from 02/03/2020 to 29/08/2022. "meta_data_Sentinel2_S2.txt": text file accompanying "S2.csv" containing the variable description of Sentinel-2 derived vegetation indices, i.e. "S2.csv". "S2_SD.csv": comma separated text file containing the standard deviation of the vegetation indices for the agricultural field from 02/03/2020 to 29/08/2022. "meta_data_Sentinel2_S2_SD.txt": text file accompanying "S2_SD.csv" containing the variable description of the standard deviation for the Sentinel-2 derived vegetation indices.

Longterm monitoring of swarm earthquakes in the western Eger rift

The Bohemian Massif (500-250 Ma), the easternmost part of the Variscan orogenic belt, is one of the largest stable outcrops of pre-Permian rocks in Central and Western Europe. This region has persistent geodynamic activity that is clearly linked to upper mantle, and offers a globally unique location for studying intra-continental earthquake swarm (ES) seismicity in combination with deep crust and mantle degassing as well as their interaction with the deep biosphere. The main questions regarding seismicity, microbial life and origin, and heat flow are all linked by the common questions of fluid flow, pathways, and composition. The ICDP project 'Drilling the Eger Rift' aims to develop the most modern, comprehensive laboratory at depth worldwide for the study of ES, crustal fluid flow, mantle-derived CO2 and He degassing, and processes of the deep biosphere. In order to reach a new level of high-frequency, near source, and multi-parameter observation of ES and related phenomena, such a laboratory will comprise of a high-frequency 3D seismic array with a set of four shallow boreholes, combined with modern continuous real-time fluid monitoring at depth (the shallow boreholes) and the study of deep biosphere. Waveform data is available from the GEOFON data centre, under network code 1D.

Eifel Large-N Seismic Network (ELSN)

The Eifel Large-N Seismic Network is a concentric network of about 80km aperture around the Laacher See. Instrumentation consists of broad band seismometers, short period instruments (1Hz eigenfrequency) and 4.5Hz geophones. While the broadband and short period stations cover the area rather homogeneously for about 12 month, the geophone stations were moved after 6 month from a layout focussed on the closer vicinity of the Laacher See onto a line crossing the network from south-west to north-east with a dense station spacing. The goal of the experiment is the structural investigation of the feeding system of the East Eifel and a detailed study of the tectonic and volcanic seismic activity in this area. Waveform data is available from the GEOFON data centre, under network code 6E.

Deutsche würden für besseren Zustand von Nord- und Ostsee zahlen

Algenblüten, Wassertrübung, Überfischung, Unterwasserlärm oder Müll beeinflussen den Zustand von Nord- und Ostsee negativ. Damit sinkt auch der Wert, den Menschen diesen Lebensräumen beimessen. Eine Studie im Auftrag des UBA hat ermittelt, dass Bürger*innen zur Erreichung des guten Umweltzustands der deutschen Meere bereit wären, durchschnittlich 65 Euro pro Person und Jahr zu zahlen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „The value of the German marine environment“ wurde der Nutzen für die deutsche Bevölkerung geschätzt, der entstehen würde, wenn in Nord- und Ostsee ein "guter Umweltzustand“ erreicht würde. Dazu erfragte das Forschungsteam in einer repräsentativen Umfrage die Zahlungsbereitschaft der deutschen Bürger*innen für diesen guten Zustand in der deutschen Meeresumwelt. Demnach wären die Deutschen bereit, durchschnittlich 65 Euro pro Person und Jahr für dieses Ziel aufzubringen. Auf alle Bundesbürger*innen hochgerechnet entspricht dies einer Zahlungsbereitschaft von rund 4,5 Milliarden Euro pro Jahr. Ein Vergleich der Ergebnisse mit Studien aus Finnland und Schweden zeigt für Deutschland eine niedrigere durchschnittliche Zahlungsbereitschaft pro Bürger*innen. Aufgrund der höheren Einwohnerzahl ergibt sich jedoch in Summe eine deutlich höhere Zahlungsbereitschaft. Motivationen der Bürger*innen Von den Befragten mit Zahlungsbereitschaft drückten fast 70 Prozent aus, dass ihre Motivation aus der Sorge um künftige Generationen sowie aufgrund einer allgemeinen Wertschätzung von Lebensräumen resultiert. Motivationen, die sich auf die persönliche Nutzung der Meere als Erholungsgebiet beziehen, wurden von einem deutlich geringeren Prozentsatz der Personen geäußert. Die starke Bedeutung der sogenannten Existenzwerte gegenüber den Nutzungswerten zeigte sich auch in der vertieften Auswertung der Rückmeldungen. Die Zahlungsbereitschaft hing zum Beispiel nicht von der Entfernung zur Küste ab. Jedoch haben Familien mit vielen Kindern eine signifikant höhere Zahlungsbereitschaft als kleinere Haushalte. Dies deckt sich mit der Motivation, eine intakte Umwelt für zukünftige Generationen zu hinterlassen. Finanzielle Ausstattung der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie Die Ergebnisse der repräsentativen Befragung sind ein deutlicher Auftrag an die Politik, den Meeresschutz durch eine Aufstockung der entsprechenden Haushaltsansätze der betroffenen Ressorts finanziell zu stärken. Die nationale Umsetzung der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie leidet von Beginn an einer geringen finanziellen Mittelausstattung. Dies zeigt sich auch an der Ausgestaltung des Maßnahmenprogramms sowie der personellen Ausstattung zur Planung, Umsetzung und Kontrolle, der Maßnahmen. Selbst bei einer großzügigen Annahme von jährlichen Ausgaben in Höhe von rund 10 Mio. Euro für das Maßnahmenprogramm liegt die jährliche Zahlungsbereitschaft um mehrere hundert Mal über dem aktuellen Aufwand. Zustand von Nordsee und Ostsee Die Zustandsbewertung der deutschen Nord- und Ostseegewässer von 2018 zeigt, dass zwar einige Komponenten der Meeresumwelt bereits einen guten Zustand sind: Ausgewählte Schadstoffkonzentrationen haben abgenommen. Die Nährstoffbelastung ( Eutrophierung ) ist allerdings weiterhin großflächig zu hoch und auch weitere Indikatoren zeigen, dass unsere Meere stark belastet sind. Die vereinbarten Ziele zum Schutz der ⁠ Biodiversität⁠ sind auch noch nicht erreicht und ein guter Zustand der Meeresgewässer noch in weiter Ferne. Zur Verbesserung des Zustands hat Deutschland ein Maßnahmenprogramm beschlossen welches zurzeit für die nächsten sechs Jahre aktualisiert wird. Es ist allerdings absehbar, dass auch mit diesem viele Belastungen nicht ausreichend gesenkt werden.

Customised focus maps and resultant CVT-based aggregation entities for Lima and Callao (Peru)

This data publication is composed by two main folders: (1) “Focus_map_construction” and (2) “CVT_models”. The first one contains the individual raster inputs (tsunami inundation and population distribution) that are combined to construct two different focus maps for the cities of Lima and Callao (Peru). The reader can find a more complete description about the focus map concept in Pittore (2015). These raster focus maps are used as inputs to generate variable-resolution CVT (Central Voronoi Tessellation) geocells following the method presented in Pittore et al., (2020). They are vector-based data (ESRI shapefiles) that are stored in the second folder. These resultant CVT-geocells are used by Gomez-Zapata et al., (2021) as spatial aggregation boundaries to represent the residential building portfolio for the cities of Lima and Callao (Peru).

The value of the German marine environment

Die europäischen Küsten und Meeresgewässer, einschließlich der Nord- und Ostsee, gehören zu den am intensivsten genutzten Meeresgebieten der Welt. Zu den gängigsten Nutzungsarten der beiden Meere gehören Fischerei, Schifffahrt und Tourismus, die wichtige wirtschaftliche Aktivitäten darstellen, aber auch Druck auf die Meeresumwelt ausüben. Im Rahmen dieses Projektes schätzen wir den Nutzen für die deutsche Bevölkerung ab, der entstehen würde, wenn in den deutschen Meeresgewässern, d.h. den deutschen Teilen von Nord- und Ostsee, ein "Guter Umweltzustand" (wie in der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSFD) definiert, die im Juni 2008 von der Europäischen Union (EU) verabschiedet wurde (EU 2008)) erreicht würde. Dazu leiten wir die Zahlungsbereitschaft (willingness-to-pay, WTP) der deutschen Bevölkerung für das Erreichen eines GES in der deutschen Meeresumwelt mit Hilfe der Contingent Valuation Methode (CVM) ab. Zusätzlich zum CVM wurde ein Choice-Experiment (CE) in die Befragung aufgenommen. Die Analyse der kontingenten Bewertung wurde mit Hilfe von drei verschiedenen Modellen durchgeführt, die auf unterschiedlichen Teilmengen der Stichprobendaten basieren. Eines der Grundmodelle wurde mit Hilfe einer OLS-Schätzung berechnet. Das zweite Grundmodell ist ein Tobit-Modell, das zur Vorhersage der von den Umfrageteilnehmern gewählten Intervalle verwendet wird. Aufgrund der geringen Erklärungskraft dieser Basismodelle wurde als dritter Ansatz für eine erweiterte Analyse des WTP der Deutschen ein "Double Hurdle" - Modell gewählt. Ausgangspunkt für die Analyse der Choice-Daten ist das Random-Utility-Modell (RUM) (McFadden's 1974). Aufbauend auf Annahmen bezüglich der Fehlerterme erhält man das bedingte Logit (CL)-Modell. Da das CL-Modell davon ausgeht, dass alle Individuen die gleichen Präferenzen haben, wenden wir auch ein "Latent Class" - Modell (LC) an, das es uns erlaubt, unbeobachtete Heterogenität in den Geschmacksempfindlichkeiten zu erfassen. Es zeigt sich, dass der aggregierte Nutzen des Erreichens eines GES in der deutschen Nord- und Ostsee bis 2040 3,908 Mrd. EUR pro Jahr für das grundlegende Intervall-Regressionsmodell (durchschnittliche Zahlungsbereitschaft = 56,24 EUR) ohne Protestantworten und 4,566 Mrd. EUR pro Jahr für das grundlegende OLS-Regressionsmodell (durchschnittliche Zahlungsbereitschaft = 65,71 EUR) ohne Protestantworten beträgt. Die mit dem "Double Hurdle" - Modell geschätzte mittlere individuelle Zahlungsbereitschaft beträgt 61,6 EUR pro Person und Jahr, was zu einem mittleren Gesamtnutzen des Erreichens eines GES in der deutschen Nord- und Ostsee bis 2040 führt, der sich auf 2,889 Mrd. EUR pro Jahr beläuft. Quelle: Forschungsbericht

7. CTI-Seminar vom 21. bis 25.10.2006 in Leipzig

Die Climate Technology Inititative (CTI) unterstützt die länderübergreifende Kooperation durch Entwicklung und Verbreitung von klimafreundlichen Technologien. Mit den jährlich stattfindenden Capacity-Building-Seminaren leistet Deutschland seit 1999 einen wichtigen Beitrag zu den Zielen und internationalen Aktivitäten der CTI. Ecologic organisiert das 7. dieser Capacity-Building Seminare.

Nanostructured Surface Acitivated ultra-thin Oxygen Transport Membrane (NASA-OTM)

The main objective of the proposed project is the development and industry-driven evaluation of highly stable and highly oxygen-permeable nano-structured oxygen transport membrane (OTM) assemblies with infinite selectivity for oxygen separation from air. The new approach proposed to reach this objective is the development of ultra thin membrane layers by e.g. CVD, PVD or Sol-Gel techniques with catalytic activation of the surfaces. This approach is supposed to make available highly stable membrane materials, which are currently out of discussion as the oxygen permeation measured on thick membranes is too low. Sufficiently high oxygen fluxes shall be obtained by: (i) ultra thin membrane layers on porous supports to minimize diffusion barriers; (ii) catalytic surface activation to overcome slow surface exchange/reaction kinetics; and (iii) thin-film nano-structuring, generating new diffusion paths through the grain boundaries in a nano-crystalline matrix. The membrane development is supported by thermo-mechanical modelling as well as atomistic modelling of transport properties. The produced oxygen is provided to Oxyfuel power plants or chemical processes such as oxidative coupling of methane (OCM) to higher hydrocarbons or HCN synthesis, which will contribute in a way to the mitigation of CO2 emissions. Oxyfuel power plants combust fuels using pure oxygen forming primarily CO2 and H2O making it much easier and cheaper to capture the CO2 than by using air. The major advantages of OTM are significantly lower efficiency losses than conventional technologies and the in principle infinite oxygen selectivity. OCM produces higher hydrocarbons directly without forming CO2 and HCN synthesis can be improved by process intensification resulting in energy and subsequent CO2 savings.

Improving Engine Performance and Efficiency by Minimization of Knock Probability (MinKnock)

Internal combustion (IC) engines are by far the major power sources for road transportation today. The limitation of natural oil resources, concerns about global warming due to carbon dioxide and the poor air quality in cities are the driving forces for research development of alternative concepts such as battery electric and fuel cell vehicles. Still IC-engines will play a major role within the next 10-15 years in road transportation due to the potential for the increase of efficiency and the reduction of pollutant emissions, the available infrastructure for fuel, the reliability, the production costs and customer acceptance. Therefore research and development activities on IC-engines are of significant importance for Europe's contribution to climate preservation, pollutant emission minimisation and the ability of the automotive industry to create high employment. In combination with the Euro IV and V emission limits and the likely new emission standards, the already very low carbon dioxide emission levels of gasoline engines have still to be further improved to meet the Kyoto targets. Current configurations of engine combustion systems for low emissions combined with after-treatment systems designed to achieve the new emission standards, are reducing engine efficiency by 2-10 percent or even more. The compensation of these effects and the further improvement of efficiency requires new concepts as DGI, Down-Sizing, turbo charging or CAI (Controlled Auto Ignition). These technologies require very detailed knowledge of all physical and chemical processes related to engines as well as the ability to simulate and measure these processes in order to turn over significant optimisation potential. Up to date, the optimisation of existing engines and the development of new engines concepts like DGI, Down-Sizing, turbo charging or CAI is still a challenge for engine developers considering high loads over the entire speed range. This is mostly due to the knocking phenomenon, which is still in an early stage of understanding, although there have been considerable activities in this area. Describing and even predicting knocking is a tedious task, requiring detailed knowledge of all the processes occurring in the combustion chamber. Consequently, a better understanding of engine knock by means of CFD1 simulation and detailed experiments could strongly support this optimisation and development process. The objective of the proposed project is to provide a better understanding of how engine knock is initiated and influenced by fuel and engine parameters. Advanced measurement techniques will be employed and simulation tools will be developed. The proposed work will complement current European and national projects and will be fully integrated in the LEVEL Cluster. ...

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