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s/edve/EDV/gi

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Sonderforschungsbereich (SFB) 1253: Catchments as Reactors: Schadstoffumsatz auf der Landschaftsskala (CAMPOS); Catchments as Reactors: Metabolism of Pollutants on the Landscape Scale (CAMPOS), Teilprojekt P08: Konzeptionelle Unsicherheit, Modellzulässigkeit und Optimierung von Datenerfassungsstrategien

Die landschaftsweite Modellierung des reaktiven Stofftransports beinhaltet eine nichteindeutige Auswahl von Teilmodellen (konzeptionelle Unsicherheit). Die vorliegende Komplexität der Landschaft macht den Einsatz komplexer Modelle erforderlich, wobei eine zu große Komplexität problematisch ist: solche Modelle lassen sich an eine Vielzahl von Datensätzen anpassen, besitzen aber nur begrenzte Vorhersagekraft. Das Projekt wird die konzeptionelle Unsicherheit des genutzten Modells untersuchen und quantifizieren, und prüfen, ob das Modell zulässig im Sinne der verfügbaren Daten ist. Das Modell wird dann genutzt, um Monitoringstrategien und die damit verbundene Modellierungs- und Feldaktivitäten des gesamten Konsortiums zu optimieren.

Edge-Cloud-gestützter Datenraum für die Windindustrie, Teilvorhaben: Konzeption und Anwendung einer interoperablen Informationsbereitstellung und Rückverfolgbarkeit durch die Nutzung von Datenräumen und digitalen Zwillingen in der Windindustrie

Umweltbetriebspruefung und Bilanzierung bei der Margon Brunnen GmbH

Das Unternehmen der Mineralwasserproduktion, Margon Brunnen GmbH, wurde 1995/96 auf der Grundlage der EG-Verordnung 1836/93 ueber die freiwillige Beteiligung am Gemeinschaftssystem fuer das Umweltmanagement hinsichtlich seines Umweltverhaltens geprueft und zertifiziert. Den Regeln der Verordnung gemaess sind wesentliche Schritte der Umweltbetriebspruefung sowie die Zertifizierung mindestens alle drei Jahre zu wiederholen, wobei insbesondere die Erfuellung der Umweltziele und des Umweltprogramms ueberprueft wird. Dazu erfolgte im Vorhaben die Datenerhebung und -verarbeitung sowie die Bilanzierung zum Umweltverhalten des Unternehmens insbesondere unter Beachtung der seit der Erstpruefung veraenderten Rahmen- bzw. Betriebsbedingungen, die Erfassung der betrieblichen Umweltwirkungen durch das neu eingefuehrte PET-Gebinde im Vergleich mit dem aus Glas, die Erarbeitung einer umfassenden Energiebilanz fuer die bereits installierte Rueckgewinnung und Nutzung von Abwaerme aus verschiedenen Prozessen, eine kritische Diskussion mit Schlussfolgerungen fuer die Betriebspraxis sowie Zuarbeiten zur Gefaehrdungsanalyse und zur Ueberarbeitung des betrieblichen Umweltprogramms.

Forschergruppe (FOR) 2131: Datenassimilation in terrestrischen Systemen; Data Assimilation for Improved Characterisation of Fluxes across Compartmental Interfaces, Teilprojekt: Skalenproblematik bei der Assimilation von passiven L-Band Mikrowellenbeobachtungen von Satelliten in hochaufgelöste gekoppelte Modelle

Dieses Projekt analysiert den Nutzen und Wert von passiven L-Band Satellitenbeobachtungen für die Ensemble-basierte Datenassimilation mit vollgekoppelten Erdsystemmodellen für mesoskalige Einzugsgebiete. Modellauflösungen sind dabei typischerweise in der Größenordnung von 100 m für die Landkomponenten und 1 km für die Atmosphärenkomponente des gekoppelten Modells; diese ist viel höher als die der Satellitenbeobachtungen, die typischerweise mehrere 10 Kilometer beträgt. Ensemble-basierte Datenassimilation erfordert die Erzeugung von synthetischen Beobachtungen aus dem Erdsystemmodell heraus mit Hilfe eines Beobachtungsoperators, der dann mit Beobachtungen verglichen wird um das Analyseensemble zu generieren. Da der Modellzustand nicht notwendigerweise alle Informationen enthält, die der Beobachtungsoperator benötigt (dieser ist im Wesentlichen ein Strahlungstransportmodell) muss die fehlende Information aus externen Datenquellen extrahiert werden. Die zentralen Projektziele sind die Weiterentwicklung einen geeigneten Beobachtungsoperators, der es erlaubt Satellitenbeobachtungen im L-Band zu erzeugen, sowie dessen Nutzung für die Datenassimilation mit Hilfe der Terrestrial Systems Modeling Platform (TerrSysMP, Shrestha et al. 2014) gekoppelt mit dem Parallelized Data Assimilation Framework (PDAF, Nerger et al. 2013). Während wir in Phase I hauptsächlich einen flexiblen Beobachtungsoperator erstellt und validiert haben, konzentrieren wir uns in Phase II, neben weiteren Verbesserungen des Operators bezüglich Vegetation und seiner Operationalisierung, auf die eigentliche Datenassimilation. Diese umfasst (a) die Bestimmung des Biases zwischen virtuellen Beobachtungen des Datenassimilationsmodells und solchen des virtuellen wie des realen Einzugsgebietes, (b) Datenassimilationsexperimente zur Quantifizierung des Wertes solcher Beobachtungen auch im Vergleich zu anderen Beobachtungen, sowie (c) Vorverarbeitungs- und Filterungsmethoden um die niedrig aufgelösten Messungen optimal für die Systemzustandsschätzung auszunutzen.

Erhaltungssätze und Ensemble Kalman Filter Algorithmen

Die Einbeziehung von physikalischen Erhaltungsgesetzen ist bereits seit längerem als wichtiger Punkt bei der Entwicklung von numerischen Wettervorhersagemodellen bekannt. In Datenassimilation im weiteren Sinne ist die Berücksichtigung von Erhaltungsgesetzen und die Analyse deren Bedeutung erst seit kurzem ein zentraler Gegenstand der Forschung. Numerische Atmosphärenmodelle sind heute in der Lage, kleinräumige und deshalb hochgradig nichtlineare Dynamik und Physik aufzulösen. Vorhersagen hängen dabei sehr sensible von den Anfangs- und Randbedingungen ab. Die Datenassimilation für Modelle, die viele Skalen darstellen und in die sowohl zeitlich als auch räumlich hochaufgelöste Beobachtungen eingehen verlangt nach einer Überprüfung und der Weiterentwicklung der zur Zeit in numerischen Wettervorhersagemodelle genutzten, auf weniger nicht lineare Anwendungen ausgelegte Methoden. Das primäre Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von Ensemble-basierten Datenassimilations-Algorithmen welche Eigenschaften von nichtlinearen dynamischen Systemen, zum Beispiel die Erhaltung von Masse, Drehimpuls, Energie und Enstrophie berücksichtigen. Insbesondere werden die folgenden zwei Problemstellungen bearbeitet. Gemeinsam mit Kollegen haben wir kürzlich zeigen können, dass Erhaltung von Masse und Positivität wichtige Nebenbedingungen für Datenassimilations-Algorithmen sind. Beide Bedingungen sind in einem neuen Algorithmus, dem quadratic programming ensemble Kalman filter, umgesetzt worden. Tests an linearer Dynamik wurden ebenfalls bereits durchgeführt. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes soll dieser Algorithmus in einer idealisierten Konfiguration für die Assimilation von Radarreflektivität mit dem nichthydrostatischen, konvektionsauflösenden COSMO-DE-Modell erweitert, implementiert und evaluiert werden. Zweitens, wird untersucht wie sich Datenassimilations-Algorithmen wie der Ensemble Kalman Filter und der quadratic programming ensemble Kalman filter auf die zu erhaltenden Größen im Fall von Experimenten mit einem idealisierten, nichtlinearen zweidimensionalen Flachwassermodell auswirken, sowie ob und wie diese Ensemble-basierten Algorithmen modifiziert werden können um Lösungen mit den vorgeschriebenen Eigenschaften zu erhalten. Es ist zu erwarten, dass Erhalt von Masse und Entropie die nicht lineare Energie Kaskade im System verbessert. Der mögliche Einfluss auf die Exaktheit von Vorhersagen wird auch untersucht.

Continuous water level observations at station BEFmate_I4low, 2020-01 to 2023-04

Data presented here were collected between 2020-01 and 2023-04 at station BEFmate_I4low within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). Groundwater levels at different elevation zones were measured using pressure loggers deployed in dip wells within the experimental islands as well as in the saltmarsh enclosed plots. Measurements were obtained using a DEFI-D Miniature Pressure Recorder (JFE Advantech Co., Ltd., Tokyo; DEFI-D). All devices were pre-calibrated by the manufacturer. Logged data were retrieved in the field using a Hobo Underwater Shuttle (U-DTW-1) and were read out with the DEFI Series software (V1.02), depending on the instrument. Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Atmospheric pressure correction for water-level calculations was applied using data from a nearby weather station. Post-processing and quality control included (a) the removal of data covering maintenance activities, (b) an outlier detection, and (c) visual checks. Outliers in water level and temperature time series were detected using a moving-median filter and a 3-sigma criterion, with additional cross-checking against a reference sensor. Identified outliers were removed, and height-corrected water level series were produced to ensure consistency across sensors and years.

Aufbau eines Datenraums der chemischen Industrie sowie Schnittstellen der mit ihr verbundener Wertschöpfungsketten am Beispiel des digitalen Produkt Passes (Chem-X), Teilvorhaben: Datenaustausch mit Datenräumen/semantischen Modellen für digitale Materialpässe zur Steigerung der Nachhaltigkeit

Entwicklung von tropischer hochreichender Konvektion abgeleitet aus bodengebundenen abbildenden Spektroradiometermessungen

Im Rahmen des Projekts soll aus bodengebundenen Wolkenseitenmessungen der reflektierten Strahlung mittels eines abbildenden Spektrometersystems von tropischer hochreichender Konvektion auf das Vertikalprofil der mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolke geschlossen werden. Damit soll die vertikale Entwicklung von hochreichender Konvektion, die eine wesentliche klimarelevante Rolle spielt, unter Berücksichtigung des Einflusses von Aerosolpartikeln und von thermodynamischen Bedingungen auf das Tropfenwachstum charakterisiert werden. Die geplanten Messungen sollen auf einem 320 m hohen Messturm (ATTO: Amazonian Tall Tower Observatory), der kürzlich im brasilianischen Regenwald errichtet wurde, stattfinden. ATTO ist mit Messgeräten ausgestattet, die meteorologische, chemische und Aerosolparameter liefern. Die Messregion bietet ideale Beobachtungsbedingungen mit klar definierten Jahreszeiten (Regen- und Trockenzeit), täglicher Konvektion und variablen Aerosolbedingungen. Aus den Messungen eines neuen abbildenden Spektrometersystems, SPIRAS (SPectral Imaging Radiation System) sollen Vertikalprofile der thermodynamischen Phase und der Partikelgröße mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung und mit Hilfe von adaptierten Verfahren unter Verwendung von dreidimensionalen Strahlungstransportsimulationen abgeleitet werden. Damit sollen vertikale Bereiche, die das Tropfenwachstum beschreiben (Diffusion, Koaleszenz, Mischphasenbereich und Vereisung), identifiziert werden. Zusätzliche Messungen einer Infrarotkamera und eines scannenden Depolarisations-Lidars werden für die Höhen- und Temperaturbestimmung der beobachteten Wolkenelemente herangezogen. Zusätzlich werden die Polarisationsmessungen des Lidars zur Bestimmung der thermodynamischen Phase verwendet, um den wichtigen Phasenübergang zu identifizieren. Mit Hilfe der gewonnenen Daten werden außerdem Annahmen (Effektivradius als konservative Wolkeneigenschaft) wie sie von Ableitungsverfahren zur Bestimmung von mikrophysikalischen Wolkenprofilen aus Satellitenmessungen gemacht werden, überprüft.

Continuous water level observations at station BEFmate_S10pio, 2020-01 to 2023-09

Data presented here were collected between 2020-01 and 2023-09 at station BEFmate_S10pio within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). Groundwater levels at different elevation zones were measured using pressure loggers deployed in dip wells within the experimental islands as well as in the saltmarsh enclosed plots. Measurements were obtained using Hobo U20L Water Level Loggers (Onset Computer Corporation, Bourne, MA/USA). All devices were pre-calibrated by the manufacturer. Logged data were retrieved in the field using a Hobo Underwater Shuttle (U-DTW-1) and were read out with the HOBOware Pro (V3.7.28) software, Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Atmospheric pressure correction for water-level calculations was applied using data from a nearby weather station. Post-processing and quality control included (a) the removal of data covering maintenance activities, (b) an outlier detection, and (c) visual checks. Outliers in water level and temperature time series were detected using a moving-median filter and a 3-sigma criterion, with additional cross-checking against a reference sensor. Identified outliers were removed, and height-corrected water level series were produced to ensure consistency across sensors and years.

Verbesserte geodätische Gletschermassenbilanzen durch Integration von Fernerkundung, Oberflächenmassenbilanz und Firnverdichtungsmodellierung - eine Beispielstudie von James Ross Island, Antarktis

Das Vorhaben zielt auf die Verbesserung von geodätischen Gletschermassenbilanzen ab. Neben einer Verbesserung der absoluten Genauigkeit wird vor allem auch eine verbesserte Fehlerquantifizierung/-abschätzung angestrebt. Zunächst werden Höhen- und Volumenänderungen aus der Differenzierung von digitalen Geländemodellen unterschiedlicher Zeitpunkte und Quellen bestimmt. Diese werden durch verschieden Verfahren wie Photogrammetrie und SAR Interferometrie (insbesondere der deutschen TanDEM-X Mission) gewonnen. Die derzeitigen Schwierigkeiten der geodätischen Methode resultieren vor allem aus Unsicherheiten der Eindringtiefe des Radarsignals bei trockenem Schnee bzw. gefrorener Schneedecke sowie bei der anschließenden Konvertierung von Volumen- in Massenänderungen, durch die Annahme eines Dichtewertes oder Dichteprofils. Hier soll durch den Einsatz eines gekoppelten Gletschermassenhaushalt- und Firnkompaktionsmodell zusammen mit den Fernerkundungsergebnisse eine entscheidende Verbesserung erzielt werden. Um das Modell und die Untersuchungen zu initialisieren und zu validieren, sollen Felderhebungen durchgeführt werden sowie auf einen sehr umfangreichen Datenbestand des Antragstellers und der tschechischen und argentinischen Kooperationspartner zurückgegriffen werden. Um Effekte und mögliche Fehler durch das Eindringen des x-Band Radarsignals besser quantifizieren zu können, werden Aufnahmen mit Sommer und Wintersituationen untersucht und mit GNSS Referenzdaten aus Geländeerhebungen verifiziert. Ferner werden die Ergebnisse der geodätischen Methode mit dem sogenannten Input-Output Verfahren ('flux gate approach') verglichen, um eine zusätzliche Absicherung der Ergebnisse zu erzielen. Das Projekt wird in enger Kooperation mit tschechischen Wissenschaftlern der Universitäten in Brno und Prag sowie mit Kollegen des Argentinischen Antarktisinstituts durchgeführt. Als Testgebiet wurde James Ross Island, an der nordöstlichen Spitze der Antarktischen Halbinsel, ausgewählt. Auch wenn die Untersuchungsregion in der Antarktis liegt, so sollen primär methodische Entwicklungen durchgeführt werden, die auf andere Standorte übertragbar sind. Der vorgeschlagene Standort bietet aufgrund der vorhanden Datenlage und Vorarbeiten sowie der internationalen Kooperation und logistischen Möglichkeiten ideale Voraussetzungen, die zu keinen nennenswerten Mehrkosten gegenüber anderen Standorten mit vergleichbaren Gletschergrößen führen. Zudem zeigen Vorarbeiten, dass die beobachteten Höhenänderungen der Gletscher auf einem kleinen Gebiet sehr unterschiedlich sind und daher in einem Gebiet unterschiedliche Magnituden, Richtungen und Mechanismen der Änderungen sowie unterschiedliche meteorologische Bedingungen untersucht werden können. Eine Situation und Konstellation, die an kaum einem anderen Standort derart gut vorliegt.

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