Wolken beeinflussen den Energiehaushalt durch Streuung des Sonnenlichts und Absorption der Wärmestrahlung der Erde und gelten daher als wichtiger Faktor im Klimasystem. Die Untersuchung von atmosphärischen Prozessen im Allgemeinen und der Eisnukleation im Besonderen ist von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis der mit Wolkenbildung, Niederschlagsentwicklung und Wechselwirkung mit der Strahlung zusammenhängenden Mechanismen. Mineralstaub, der den größten Teil der atmosphärischen Aerosole ausmacht, kann bei geringen Sättigungen und Temperaturen, die über dem homogenen Gefrierpunkt liegen, Eisbildung initiieren und auf diese Weise die Wolkendynamik und auch die Mikrophysik sowie die Eigenschaften der Wolken beeinflussen. Trotz zahlreicher Untersuchungen zum Einfluss von Partikelgröße und Oberflächeneigenschaften von Eiskeimen wissen wir über die heterogene Eisnukleation auf molekularer Ebene immer noch sehr wenig. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Projektverlängerungsantrags ist die Untersuchung der Bedeutung von OH-Gruppen an den Oberflächen mineralischer Aerosolpartikel in heterogenen Eisnukleationsprozessen mit Hilfe der nichtlinearen optischen (NLO-)Spektroskopie und insbesondere der Summenfrequenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen. Im DFG-Projekt AB 604/1-1 wurde bereits der Grundstein für das neue Forschungsfeld (Atmosphärische Oberflächenwissenschaft) am IMK-AAF des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelegt. Das Projekt hat deutlich gezeigt, dass sich die NLO-Spektroskopie für die Untersuchung von heterogenen Eisnukleationsprozessen auf molekularer Ebene eignet. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Projekts sollen daher im Wesentlichen Wasser und Hydroxylgruppen an den Oberflächen zweier atmosphärisch relevanter Mineraloxide mit unterschiedlichem Eisnukleationsvermögen (Feldspat und Quarz) während des heterogenen Gefrierens untersucht werden. Mit Hilfe der Summenfrequenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen sollen die Grenzflächenwasser (flüssig und Eis) auf mineralischen Oberflächen analysiert sowie der Einfluss der OH-Gruppen an der Oberfläche auf den heterogenen Gefrierprozess bestimmt werden. Die hier geplanten Untersuchungen werden als Grundlage für eine deterministische Beschreibung des Prozesses des heterogenen Gefrierens an atmosphärischen Aerosolpartikeln mineralischen Ursprungs dienen. Solche Studien sind für unser Verständnis der atmosphärischen Prozesse und somit auch des Klimasystems von großer Bedeutung und darüber hinaus auch im Hinblick auf die lokale Wettermodifikation (z.B. Wolkenimpfung, Hagelabwehr) und die Klimaschutzpolitik von besonderem Interesse.
In verschiedenen Anwendungsbereichen der Klimamodellierung, z.B. Paläoklimatologie oder Sensitivitätsstudien, besteht Bedarf nach einem besonders effizienten Atmosphärenmodul. Niedrigdimensionale Modelle, basierend auf empirisch-orthogonalen Funktionen (EOF), mit einer empirischen linearen Parametrisierung der nicht aufgelösten Subgitterskalen (SGS), können viele Aspekte der Dynamik eines klassischen allgemeinen Zirkulationsmodells reproduzieren. Sie bieten sich somit in diesem Zusammenhang als interessantes Werkzeug an. Ein verbleibendes Problem war bisher die Klimasensitivität der empirischen SGS-Parametrisierung. In dem Projekt sollen zwei eng miteinander verwobene Ansätze verwendet werden, um dieses Thema anzugehen: (1) Neuere Ergebnisse zeigen, dass das Fluktuations-Dissipations-Theorem (FDT) Potential für die Vorhersage der Reaktion einer empirischen SGS-Parametrisierung auf variable externe Bedingungen hat, insbesondere wenn das betroffene System ausreichend viele schnelle Komponenten hat. Die barotrope Vorticitygleichung in dieser Untersuchung gestattet aber nur vergleichsweise langsame barotrope Rossbywellen. Es ist deshalb zu erwarten, dass der FDT-Ansatz in einem realistischeren Zusammenhang noch besser funktioniert. Darum, und auch mit der direkten Absicht, sukzessive den Realismus der Anwendung zu erhöhen, ist es geplant, die FDT-Strategie auf niedrigdimensionale Modelle der quasigeostrophischen Dreischichtendynamik (QG3S) anzuwenden, die synoptisch-skalige barokline Wellen zulässt. Dazu soll eine empirische linear-stochastische (Ornstein-Uhlenbeck, OU) Parametrisierung betrachtet werden. (2) Noch mehr als der obige Ansatz mit einer empirischen OU-Parametrisierung basiert die stochastische Modenreduktion (SMR) auf ersten Prinzipien. Die darin gegebene explizite Ableitung des Einflusses der nichtaufgelösten schnellen Moden, mit multiplikativem Rauschen und nichtlinearen deterministischen Beiträgen als Ergänzung zu Antrieb und additivem Rauschen wie in einer OU-Parametrisierung, sollte zu einem robusteren Verhalten eines entsprechend entwickelten niedrigdimensionalen Modells führen als die mehr datenbasierte OU-Parametrisierung der SGS. Da SMR-basierte Modelle allerdings zu einem Klimafehler neigen, die oben beschriebenen empirischen Ansätze andererseits sehr gut funktionieren, ist es vorgesehen, die Leistungsfähigkeit von SMR-Modellen zu verbessern, indem die konstante und lineare Komponente ihrer SGS-Parametrisierung empirisch ergänzt wird. Wiederum im QG3S-Zusammenhang soll das FDT verwendet werden, um die Reaktion der empirischen Komponenten der so modifizierten SMR-Parametrisierung auf externe Störungen vorherzusagen. Das übergeordnete Ziel dieser Anstrengungen ist ein effizientes Atmosphärenmodell, das soweit wie nach dem heutigen Stand der Wissenschaft möglich auf ersten Prinzipien basiert, das darüber hinaus aber das FDT verwendet, um die Klimaabhängigkeit der verbleibenden empirischen Elemente zu beschreiben.
In diesem Forschungsprojekt sollen zwei gegenläufige Aspekte der zukünftigen Entwicklungen auf den Energiemärkten untersucht werden: Energieknappheit momentan (Energiearmut charakteristisch für den Großteil der Weltbevölkerung) und vor allem in der Zukunft durch das einerseits rasante Bedarfswachstum (vor allem in China, Indien und anderen Schwellenländern) und andererseits der begrenzten Ressourcen an fossiler Energie. Globale Erwärmung und andere externe Effekte durch die Verwendung fossiler Energieträger. Daher sind aus umweltpolitischer Sicht eigentlich zu viele fossile Energieträger vorhanden. So unterschiedlich die beiden Probleme scheinen, deren Lösung ist durch einen gemeinsamen Nenner charakterisiert: ein relativ schneller Übergang zu alternativer und erneuerbarer Energie. In dieser Studie soll dieser Übergang aus unterschiedlichen Gesichtspunkten und auch mit interdisziplinären Ansätzen analysiert werden. Eine Fragestellung ist die; ob Preis- oder Mengeninstrumente (wie Zertifikate) geeigneter sind CO2-Emissionen zu reduzieren. Ein anderer Aspekt ist der der Gestaltung von Anreizen für die Bereitstellung von erneuerbarer Energie. Dabei sollen auch auf mögliche Skalenerträge berücksichtigt werden, wie sie auch im Vorschlag Desertic (Solarstrom aus der Sahara) implizit zum Ausdruck kommen. Dieses exemplarische Projekt unterstreicht auch noch andere wichtige Aspekte wie die einer geopolitischen Dimension und das Problem, dass sich Regierungen nicht binden können, die versprochenen Anreize zu streichen. Weitere Vorhaben sind die Analyse der Konkurrenz von Biotreibstoffen mit Lebensmitteln um landwirtschaftlich nutzbare Flächen und die strategische Wahl der russischen Erdölförderung (Angebotsdynamik, der russische 'Oil Peak, Konkurrenz mit Erdgas, Energieeffizienz und damit verbunden das Problem lokal niedriger Preise und der Übergang zu erneuerbarer Energie). Zur Analyse wird eine breite Palette von Methoden wie Gleichgewichtsmodelle, dynamische Optimierung und Spiele (deterministisch und stochastisch), Anreizmechanismen, Ansätze der Neuen Politischen Ökonomie, etc. zur Anwendung kommen.
Methoden zur Vorhersage der Stromproduktion von Windparks in Österreich über einen Zeitraum von 6 Stunden bis 10 Tagen werden verglichen und ihre operationelle Einsetzbarkeit evaluiert. State-of-the-art Methoden, die in der Fachliteratur dokumentiert sind und neue Methoden werden implementiert. Sie verwenden deterministische und Ensemblevorhersagen eines numerischen Wettervorhersagemodells und ein mehrjähriges Archiv historischer Windpark- und numerischer Wettervorhersagedaten, das in einer Oracle-Datenbank aufgesetzt wird. Durch die Verwendung probabilistischer Methoden wird der Informationsgehalt der Vorhersagen maximiert.
Mit dem übergeordneten Ziel der effizienten Modellierung großskaliger atmosphärischer Dynamik zur Untersuchung von Klimaänderungen wird in diesem Projekt ein stochastisches Modell für kleinskalige konvektive Prozesse, insbesondere Niederschlag, und deren Rückkopplung mit den großen, synoptischen Skalen entwickelt. Das führt zu einem hybriden Modell, welches eine konzeptionell stochastische Beschreibung von Konvektion berücksichtigt und in ein deterministisches Modell der atmosphärischen Dynamik eingebettet wird. Hierzu analysieren wir die Entwicklung eines atmosphärischen Stabilitätsindizes, integrieren und entwickeln die kohärente Mengen-Analyse weiter und bringen datenbasierte Methoden zur Identifikation und Untersuchung von nichtlinearen Systemen zum Einsatz.
Die integrale deterministisch-probabilistische Sicherheitsanalyse (IDPSA), oft auch als probabilistische Dynamikanalyse oder dynamische PSA bezeichnet, ist ein aktuelles und praktisch bedeutsames Forschungsgebiet, auf dem international For-schungseinrichtungen tätig sind. Der wesentliche Vorteil der Anwendung einer IDPSA in der Reaktorsicherheit besteht darin, die Vielfalt möglicher Verläufe sicherheitstechnisch wichtiger Prozesse unter möglichst realistischen Annahmen repräsentieren, analysieren und angemessen bewerten zu können. Insbesondere schafft es die IDPSA unter Verwendung von MCDET, den zufälligen Schwankungen der Zeitpunkte, zu denen Ereig-nisse eintreten, und den komplexen Wechselwirkungen von Phä nomenen eines Un-fallablaufs gerecht zu werden und ihre Auswirkungen auf den Prozessablauf zu quanti-fizieren. Durch den Einsatz fortschrittlicher dynamischer Methoden, wie sie in diesem Projekt entwickelt und erfolgreich angewendet wurden, kann die Sicherheits beurteilung von Risikotechnologien deutlich verbessert werden. Das Ziel des Vorhabens zur Weiterentwicklung des Analysewerkzeugs MCDET besteht darin, das Methodenspektrum zur Auswertung von MCDET-Ergebnissen zu erweitern. Zusätzlich soll der Einsatz von MCDET flexibel und effizient gestaltet sowie dessen Anwendung vereinfacht werden. Durch die Verbesserung des Methodenspektrums wird die Qualität und Aussagekraft von Ergebnissen aus dem Zusammenwirken probabilistischer und deterministischer Sicherheitsanalysen verbessert, wobei bereits durchgeführte MCDET-Analysen durch zusätzliche Analyseinhalte erweitert werden können. Die Benutzerfreundlichkeit soll sowohl durch gezielte Vereinfachungen in der Eingabestruktur als auch durch die programmtechnische Weiterentwicklung des MCDET-Kerns erhöht werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der flexiblen Erweiterbarkeit des Methodenspektrums, was einen modularen Aufbau des MCDET-Kerns voraussetzt.
Das deutsche Stromversorgungssystem befindet sich in einem grundlegenden Wandel. Nach dem Energiekonzept der Bundesregierung soll der Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in den nächsten 8 Jahren von heute 22Prozent auf 35Prozent erhöht werden. Eine mittlere Einspeisung von 35Prozent bedeutet auch, dass es bereits in wenigen Jahren Zeiten geben wird, zu denen der gesamte Strombedarf in Deutschland aus EE-Strom gedeckt werden kann. In 2050 sollen sogar 80Prozent der gesamten innerdeutschen Stromversorgung durch EE bereitgestellt werden. Die hohen aktuellen (ca60GW) aber auch geplanten Installationszahlen von Wind- und PV-Energieanlagen bedingen, dass diese Form von Erzeugung eine besondere Aufmerksamkeit erfordert. Um ein Stromversorgungssystem mit sehr großen Anteilen wetterabhängiger Erzeuger sicher betreiben zu können, muss man den primären Antrieb - das Wetter - nicht nur global sondern auch regional sehr detailliert kennen und vorhersagen können. Das Wetter hat somit einen direkten und im Vergleich zu heute noch wesentlicheren Einfluss auf den Netzbetrieb aber auch auf den Netzausbau. Um die heutige Wind- und PV-Stromprognose signifikant verbessern zu können, werden die bislang verfolgten Strategien allein im Leistungsprognosesektor nicht ausreichen. Eines der größten Optimierungspotentiale besteht in der Verzahnung zwischen Meteorologie und Energiewirtschaft. Hierbei spielt neben der Entwicklung und Etablierung neuartiger Prognosewerkzeuge die Integration energiewirtschaftlicher Informationen in die Berechnungen der Wettermodelle eine besondere Rolle. Diesen Aufgaben widmen sich gemeinsam das Fraunhofer IWES und der Deutsche Wetterdienst innerhalb des Forschungsprojekt EWeLiNE. Das Projekt wird die Potenziale einer Leistungssteigerung der EE-Leistungsprognosen erschließen, welche durch individuelle und gekoppelte Optimierungen von Wetter- und Leistungsprognosemodellen erreicht werden können. Neben einer generellen Anpassung der Wettermodelle an die Belange der Wind- und PV-Stromprognose wird beispielsweise die Assimilation von Windleistungs- und PV-Messungen in die Wettermodelle des DWD getestet werden. Im Hinblick auf die Optimierung von probabilistischen Prognosen werden insbesondere die Ensemblegenerierung und -kalibrierung bezüglich der Unsicherheiten in der Wind- und PV-Stromprognose im Vordergrund stehen. Zusätzlich wird die Mehrinformation, welche probabilistische Prognosen im Vergleich zu deterministischen Prognosen besitzen, direkt an die Anforderungen der Anwenderschaft angepasst werden, so dass eine Weiterverarbeitung der Information innerhalb verschiedenster Entscheidungsfindungsprozesse stattfinden kann. Die Übertragungsnetzbetreiber Amprion GmbH, TenneT TSO GmbH und 50 Hertz Transmission GmbH sind am Projekt beteiligt um Anforderungen an die aktuellen und zukünftigen Prognosemodelle zu definieren. Hierbei wird unterschieden zwischen einer zielgerichteten Verbesserung der Prognosegüte und der Entwicklung von neuen
Das Projekt hat zum Ziel, die Wasserhaushaltsansprache in Standortskunde und Standortskartierung mit Hilfe von deterministischen Wasserhaushaltsmodellen möglichst wirklichkeitsnah, räumlich hochaufgelöst und dynamisch in Bezug auf Klimawandel abzubilden. Die Ableitung flächig darstellbarer Stressindikatoren der Wasser- und Lufthaushalts dient zur Bewertung der aktuellen und zukünftigen Anbaueignung wichtiger Baumarten unter veränderten Klimabedingungen und ist damit Grundlage für eine risikoarme Forstwirtschaft.
The research unit SINCOS, established by the Deutsche Forschungsgemeinschaft, has been started in September 2002. The general target is the development of a model of the relation between geo-system, eco-system, climate and socio-economic system for sinking coasts of tideless seas to be developed as an example for the southern Baltic Sea since the Atlantikum. Geoscientists (geologists, geomorphologists, geodesists), biologists (palaeobotanists, palaezoologists), climate researchers and archaeologists will collaborate in order to investigate the cause and effect relation between driving forces (climatic and geological processes) and the response of the natural and social environment in the coastal areas of a transgressive sea. The reconstruction of the Litorina transgression west and east of the Darss sill structure plays the central role. Seven projects under the roof of SINCOS will deal with the acquisition and interpretation of proxy-data in order to reconstruct the history of the southwestern Baltic Sea since 8.000 calendar years BC. In the frame of two projects data will be integrated and models will be developed that mirror the processes of interrelation of different spheres to be investigated. Depending on the varying degree of quantification between measurable variables and qualitative observations models will differ between statistical data exploration and deterministic differential equations. A 4D GIS plays the central role in modelling and data integration. Results will be presented as time-dependent regionalizations of geo-, eco-, and socio-economical parameters. Simulations of future relative sea level change scenarios based on models developed are planned.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 82 |
| Land | 4 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 39 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 82 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 82 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 59 |
| Englisch | 34 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 34 |
| Webseite | 48 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 57 |
| Lebewesen und Lebensräume | 64 |
| Luft | 64 |
| Mensch und Umwelt | 82 |
| Wasser | 52 |
| Weitere | 82 |