Die Simulation von Wasser- und Energieflüssen im gekoppelten Untergrund-Landoberfläche-Atmosphäre-System (SLAS) ist ein wichtiger Bestandteil von Klima-, Wetter- und Hochwasservorhersagen und trägt zur optimalen Bewirtschaftung von Wasser, Land und Gewässergüte bei. Aufgrund der immensen Skalenkomplexität terrestrischer Systeme ist allerdings alleine schon die Schätzung des aktuellen Zustands - eine Voraussetzung für jegliche Vorhersage - trotz stetig zunehmender Beobachtungen bislang unzureichend. Datenassimilation nutzt Beobachtungen, um den aktuellen Zustand eines Systems mithilfe eines Simulationsmodells zu schätzen; allerdings herrschen in den damit befassten geowissenschaftlichen Disziplinen unterschiedliche Ansätze bezüglich der Struktur von SLAS-Modellen und der darauf aufbauenden Datenassimilation vor. Das primäre Ziel der Forschergruppe ist die Entwicklung eines übergreifenden Datenassimilationskonzepts in Verbindung mit einem voll gekoppelten SLAS-Modell, das eine Verbesserung der Simulation und Vorhersage der Flüsse zwischen den Kompartimenten und damit des Gesamtzustands erreichen soll. Die Entwicklung und Evaluierung eines solchen Datenassimilationssystems erfolgt auf der Basis eines virtuellen Einzugsgebiets. Ein virtuelles Einzugsgebiet ist eine Modellrealisierung eines SLAS, die in der Lage ist, so realistisch wie möglich den Zustand und die Entwicklung eines SLAS-Zustands abzubilden. Diese virtuelle Realität ermöglicht es, Effekte der Modellunsicherheit sowohl beim SLAS-Modell als auch bei den Beobachtungen von den eigentlichen Datenassimilationsproblemen zu trennen, Fehler auf ihre Ursachen zurückzuführen und zu korrigieren. Die virtuelle Realität orientiert sich am Neckar-Einzugsgebiet, das bezüglich Topografie, Geologie, Landnutzung und Klima typisch für die mittleren Breiten ist. Die virtuelle Realität wie auch das SLAS-Modell für das Datenassimilationssystem werden auf dem gekoppelten Modell ParFlow-CLM-COSMO (TerrSysMP) basieren, das lateral bezüglich der Atmosphäre mit operationellen Analysen und Vorhersagen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) angetrieben wird. Mit den Ergebnissen und Modellvorstellungen verbinden die Forscherinnen und Forscher die Hoffnung, auch die Möglichkeiten zur Wetter- und Klimaprognose oder zur Qualitätssicherung im Wassermanagement zu verbessern - und damit der interdisziplinären Umweltforschung in verschiedenen Bereichen Impulse zu geben.
Das Projekt verfolgt zwei Ziele: Zum einen sollen Modellergebnisse von regionalen Modellrechnungen von zukunftsbezogenen Szenarien durch Entwicklung eines Verfahrens zur Anwendung der Datenassimilation auf zukunftsbezogene Szenarien verbessert werden. Zum anderen sollen Modellrechnungen mit dem aktuellen zukunftsbezogenen Emissionsdatensatz auf regionaler Skala und an ausgewählten Hotspots durchgeführt werden. Dazu sind neben der Dokumentation folgende Arbeitspakete vorgesehen: AP1: Literaturrecherche zu Methoden der Datenassimilation für Luftschadstoffe unter besonderer Berücksichtigung der Eignung der Verfahren zur Übertragung auf zukunftsbezogene Szenarienrechnungen. AP2: Erarbeitung und Dokumentation eines Datenassimilationsverfahrens für Luftschadstoffe zur Anwendung auf zukunftsbezogenen Szenarien. AP3: Durchführung von Modellrechnungen mit dem aktuellen zukunftsbezogenen Emissionsdatensatz auf regionaler Skala unter Anwendung des in AP2 entwickelten Verfahrens. AP4: Optimierung von Ansätzen zur Modellierung von Hotspotkonzentrationen in zukunftsbezogenen Szenarien. AP5: Anwendung des in AP4 entwickelten Verfahrens auf ausgewählte Hotspots in Deutschland unter Verwendung der in AP3 erzeugten regionalen Modellergebnisse.
Die bisherigen Analysen haben gezeigt, dass der noerdliche Nordatlantik mit signifikanten Schichtungsumstellungen auf Veraenderungen der Nordatlantischen Oszillation im interannualen bis dekadischen Bereich reagiert. Diese Aussage basiert allerdings bislang auf Betrachtungen von regionalen Einzelaspekten, die wegen ihrer ueberraschend hohen Veraenderlichkeit (Labradorseewasserausbreitung, westwaertige Ausbreitung warmer Deckschichtanomalien, Reduktion des Subpolarwirbels) zunaechst im Vordergrund des Interesses standen. Die Ursachen und Auswirkungen sind jedoch zusammenhaengend noch nicht bearbeitet worden. Dies soll mit dem geplanten Projekt erfolgen. Dabei soll geklaert werden, in welchem Umfang advektive Transporte von TS-Schwankungen der Deckschicht aus dem Subtropenwirbel zu den beobachteten niederfrequenten und grossraeumigen Veraenderungen der Deckschicht im noerdlichen Nordatlantik beitragen bzw. wieweit diese durch grossskalig veraenderte Grenzschichtfluesse lokal verursacht sind. Hierzu sollen die Zeitreihen aller laufenden nordatlantischen XBT-Linien in ein entsprechendes Zirkulationsmodell assimiliert werden (Zusammenarbeit mit AWI Bremerhaven). Auf der Basis dieser Ergebnisse ist ebenfalls als Ziel zu sehen, die Dauermessungen auf Frachtschiffslinien im Nordatlantik kritisch zu evaluieren und zu optimieren sowie das Prognosepotential dieser Messungen, insbesondere hinsichtlich moeglicher Klimaprognosen fuer Europa, zu pruefen. Weitere Themen betreffen die Analyse der zeitlichen Veraenderlichkeit der hydrographischen Schnitte im noerdlichen Zweig der thermohalinen Zirkulation (Zusammenarbeit mit IfM Hamburg und AWI Bremerhaven).
Sentinel-1 satellites with their Synthetic Aperture Radar sensors will make it possible to measure soil moisture in hitherto unreached spatial resolution an requires new approaches in efficient dealing with Big Data. This new data source will be used to create soil moisture products like the Soil Water Index (SWI), whereas the innovative combination with already established satellite sensors (e.g. ASCAT, ERS, SMOS) will result in a product being the new benchmark with regard to spatio-temporal resolution and accuracy. Due to the high resolution of the SWI product based on Sentinel-1 data, it will be feasibly for the first time to meaningful run the weather forecast model AROME with explicit convection in combination with soil moisture data assimilation. The expected positive impact on precipitation forecast quality will be verified within several case studies. At the end of the project, two main outcomes are expected: i) a high-quality soil moisture data set and an ii) improved severe weather forecast.
Evapotranspiration bezeichnet in der Meteorologie die Summe aus Transpiration und Evaporation, also der Verdunstung von Wasser durch die Pflanzenwelt sowie der Bodenoberfläche. Die Evapotranspiration hängt von dem Zustand der Atmosphäre (Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur und Wind) und der Verfügbarkeit von Wasser im Boden ab. Ziel dieser Studie ist es, Möglichkeiten zur Abschätzung der Evapotranspiration anhand von Bodenfeuchtigkeitsdaten abgeleitet aus ERS Scatterometeraufnahmen zu untersuchen. Die Methode soll operationell für ganz Europe anwendbar sein. Das Projekt ist eine Kooperation zischen dem 'Satellite Application Facility in Support of Operational Hydrology and Water Management (H-SAF)' und dem 'Land Surface Analysis Satellite Applications Facility (LSA SAF)'.
Das Projekt dient der Vorbereitung zur Auswertung von Beobachtungsdaten des Satelliten Envisat. Dies ist zunaechst die Knuepfung von Verbindungen zwischen Forschungsinstitutionen, die eine spaetere Auswertung der Envisat-Satellitendaten planen oder diese archivieren. Dies geschieht durch die Organisation von Workshops und einer Summer School. Ein wesentliches Ziel ist der Vorschlag einer Organisationsstruktur zur Datenauswertung der Satellitendaten.
Um die langfristig gesicherte Beobachtung und Analyse von klimarelevanten Groessen voranzutreiben und Klimaschwankungen im ozeanischen Bereich rechtzeitig zu entdecken, sollen im Rahmen einer EUMETSAT Satelliten Application Facility on Climate Monitoring die entsprechenden Verfahren, Ablaeufe und Werkzeuge entwickelt und fuer einen spaeteren operationellen Betrieb bereitgestellt werden. Im Rahmen dieses Teilprojekts werde die Beitraege fuer die den Ozean betreffenden Komponenten des Klimasystems erarbeitet und betreut. Dies sind homogene globale Datensaetze der Meeresoberflaechentemperatur und der Meereisbedeckung, daraus abgeleitete Groessen wie Waermeinhalte und Waermetransporte, die Entwicklung und Analyse ihrer Klimatologie und ihre staendige qualitaetssichernde Begleitung. Fuer die Dokumentation von Klimaschwankungen (climate monitoring) werden konsistente und homogene Daten benoetigt. Fuer die Dokumentation dieser Schwankungen im Ozean bieten sich Oberflaechentemperatur, Eisbedeckung, Stroemungen, Meeresspiegelhoehen und die daraus abgeleiteten Waermefluesse an. Diese Daten lassen sich in der erforderlichen Qualitaet und Konsistenz nur erzeugen, wenn die global vorliegenden Satellitendaten in ein korrekt formuliertes Ozeanzirkulationsmodell assimiliert werden. Hier soll ein solches System PRAOMS in einem prae-operationellen Modus entwickelt und getestet werden. Fuer die Entwicklung dieses prae-operationellen Systems der Satellitendatenassimilation werden vorhandene Datenstroeme und Modelle verknuepft. Dazu werden Satellitendatensaetze (NOAA-AVHRR-HRPT, GAC), Daten von NCEP und EZMWV sowie Modelle des DKRZ und des MPI verwendet in Zusammenarbeit mit potentiellen Anwendern werden die entsprechenden Werkzeuge entwickelt, um diese Assimilation routinemaessig zu betreiben, die Produkte herzustellen und sie mit weiterzuentwickelndem Werkzeug zu interpretieren. Das BSH wird die Produktentwicklung zusammen mit den anderen Partnern definieren, ihre Entwicklung anhand seiner eigenen bisherigen Produkte und Erfahrungen kritisch beurteilen und die Massnahmen zur Qualitaetssicherung fuer den operationellen Betrieb definieren.
Das Ziel des Projektes ist es, dominante Prozesse im Energie- und Wasserkreislauf auf der Mesoskala zu identifizieren und zu quantifizieren. Bei dem zu untersuchenden Oberflaechentyp handelt es sich um ein heterogenes Gelaende, wie es typisch fuer den Nordosten Deutschlands ist. Die Strategie ist es, ein Mesoskalenmodell der Atmosphaere, Datenassimilationsverfahren und experimentelle Untersuchungen in synergistischer Weise zu nutzen, um die relevanten Fragestellungen auf der jeweils zugehoerigen Skala zu erforschen. Von besonderem Interesse sind atmosphaerische Oberflaechenfluesse der latenten und sensiblen Waerme, Flussmittlungsverfahren und Wolkenbildungs- und Modifikationsprozesse ueber gegliedertem Gelaende. Das Projekt befindet sich in der Aufbauphase, es liegen daher noch keine gesicherten Zwischenergebnisse vor.
| Origin | Count |
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| Bund | 16 |
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| Förderprogramm | 16 |
| License | Count |
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| offen | 16 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 15 |
| Englisch | 5 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 13 |
| Webseite | 3 |
| Topic | Count |
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| Boden | 11 |
| Lebewesen und Lebensräume | 9 |
| Luft | 12 |
| Mensch und Umwelt | 16 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 16 |