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 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 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.
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.
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)'.
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 werden 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 erden. 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.
Waehrend der CLIVAR/AIMS-Phase sollen die grossraeumigen und langfristigen Veraenderungen der Hydrographie des gesamten Atlantiks waehrend WOCE bestimmt werden. Dafuer werden die hydrographischen Felder aus allen entsprechenden Daten konstruiert, ihre statistischen Kenngroessen bestimmt und in entsprechenden Produkten fuer weitere Analysen und Anwendungen bereitgestellt. - Dazu wird eine neue Klimatologie fuer den gesamten Atlantik aus den hydrographischen Daten von WOCE erstellt. Diese werden zu einem qualitaetskontrollierten und konsistenten Datensatz zusammengetragen; es wird ein optimal interpolierter, gegitterter Datensatz hergestellt. - Diese Klimatologie wird quantitativ verglichen mit bestehenden, teils regionalen Klimatologien. Diese Klimatologie wird mit der nach einheitlichen Methoden bereits erstellten, fuer den Suedatlantik aus pre-WOCE und zeitlich davor liegenden historischen Daten verglichen, um langfristige Veraenderungen der hydrographischen Groessen zu quantifizieren. - Die Klimatologie wird in Absprache und enger Zusammenarbeit fuer Modelluntersuchungen (Boening/AWI), Vergleiche und Interpretationen von Modell- und Beobachtungsergebnissen (Meincke/IfMHH, SY/BSH) und fuer Assimilationsuntersuchungen (Schroeter und Olbers/AWI und Mueller/MPI) bereitgestellt. - Die Klimatologie wird zum Antrieb wie zur Validierung von numerischen Modellen verwendet werden. Es wird ein - elektronischer Atlas aller WOCE-Reisen im Atlantik hergestellt. - Zugangssoftware zu einer gespeicherten (CD-ROM) und einer zugaenglichen (WWW-Server) Version. Es wird ein gedruckter Atlas aller WOCE-Reisen im Atlantik erstellt. - Herstellung einer neuen Klimatologie der Hydrographie des Atlantiks, die die klimatologisch abgesicherten Felder verschiedener beobachteter und abgeleiteter Groessen umfasst, wie geostrophische Geschwindigkeiten und Transporte, Waerme- und Salztransporte, Abschaetzungen der zeitlichen Variabilitaet dieser Transporte durch ausgewaehlte Schnitte in Gegenden ausreichender Datendichte. - Weiterentwicklung und Dokumentation der verwendeten Methoden und Verfahren, Vergleich mit anderen Ansaetzen. - Bereitstellung von interaktiver oder abgesetzter Zugangs- und Darstellungssoftware fuer die individuelle Bearbeitung der elektronisch verfuegbaren Datensaetze.
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| Bund | 16 |
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