Dieser Beitrag untersucht das Potenzial der logistischen Unterstützungsfunktion von Biosphärenreservaten der United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO) in Hinblick auf ihren Beitrag zur Erreichung der globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals – SDG). Der Schwerpunkt liegt dabei auf Forschung, Bildung und Jugendbeteiligung. Anhand einer Analyse ausgewählter Fallstudien aus der Republik Südafrika, dem Königreich Lesotho und der Demokratischen Republik Kongo wird aufgezeigt, dass Biosphärenreservate durch die Nutzung der logistischen Unterstützungsfunktion als Reallabore (living labs) für Forschung zu nachhaltiger Entwicklung, Bildung und Jugendbeteiligung dienen können und damit einen Beitrag zur Erreichung der SDG leisten. Dieses Potenzial wird jedoch häufig nicht hinreichend genutzt, u. a. weil Mittel und Kenntnisse hinsichtlich der Funktionen von Biosphärenreservaten begrenzt sind und geeignete Bildungs- und Partizipationsansätze nicht hinreichend genutzt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen schlagen wir vor, die Möglichkeiten von Biosphärenreservaten hinsichtlich inter- und transdisziplinärer Forschung, integrativer Bildung und Jugendpartizipation stärker zu nutzen.
In der Vergangenheit wurden enorme Fortschritte bei der Entwicklung von Visualisierungstechnologien wie 3D-Darstellungen, Vor-Ort-Visualisierungen auf mobilen Endgeräten sowie Projektionen erzielt. Die realitätsgetreue Abbildung von Windparks im virtuellen Raum wird aktuell zum Standard bei Planungsverfahren und zunehmend von Vorhabenträgern nachgefragt. Bislang erlauben diese Anwendungen aber keine Interaktionen zwischen den NutzerInnen. Gleichzeitig spielen Formate der Online-Beteiligung/-Kommunikation eine immer größere Rolle; attraktive Angebote, welche adäquaten Ersatz oder passgenaue Ergänzungen für realweltlichen Austausch bieten, werden bedeutsamer. Hier setzt das Vorhaben an. Es nutzt elaborierte 3D-Plattformen für virtuellen Austausch der NutzerInnen. Im Rahmen eines partizipativen Designs entwickeln BürgerInnen in Living Labs bei drei Energiewende-Vorhaben selbst Vorschläge für kommunikative Formate. Anreize werden durch Gamification-Elemente und Selbstwirksamkeitserfahrungen, die sich aus dem unmittelbaren Einfluss auf das Design ergeben, gesetzt. Die Fallkontexte und Wirkungsweisen der Formate auf die Beteiligten sowie technische Innovationspotentiale werden interdisziplinär beforscht. Im Rahmen des bürgerwissenschaftlichen Co-Design-Prozesses der Living Labs werden über mehrere Entwicklungsstufen hinweg erste Prototypen entwickelt. Diese anwendungsorientierte Forschung schafft Austauschmöglichkeiten zwischen BürgerInnen in Energiewende-Visualisierungen und schafft somit einen Zugang, der interessengeleitete Partizipation von Betroffenen mit neuen Formen digitaler Interaktion erschließt. In vier Teilvorhaben werden die lokale Governance- und Akteursstrukturen untersucht (IASS), partizipative Design Case Studies in der Energiewende (CSCW) und experimentelle Studien zu kommunikativen Wirkungen immersiver Energiewende-Visualisierungen (JGU) sowie Fallstudien zur kommunikativen Wirkung immersiver Visualisierungen der Energiewende (LOS) durchgeführt.
Es ist bekannt, dass Vulkanausbrüche das Klima auf verschiedene Weise beeinflussen. Diese reichen von kurzfristigen Auswirkungen wie Sulfat-Injektionen, die die einfallende Sonnenstrahlung reduzieren und zu Abkühlung führen, bis zu mittelfristigen Auswirkungen wie Erwärmung durch Kohlendioxid-Entgasung. Langfristig können Auswirkungen wie eine verstärkte Verwitterung eingelagerter Basalte zu einer Entfernung von Kohlendioxid und damit Abkühlung führen. Lange Perioden intensiven Vulkanismus, die als Large Igneous Provinces (LIPs) bekannt sind, können besonders tiefgreifende Auswirkungen auf das Klima haben, wobei mehrere LIPs entweder mit der globalen Erwärmung oder Abkühlung in der Erdgeschichte sowie mit Massenaussterben in Verbindung gebracht werden. Das Paläozän-Eozän-Temperaturemaximum (PETM), eine 200.000 Jahre lange Periode intensiver globaler Erwärmung vor ca. 56 Millionen Jahren, ereignete sich zur gleichen Zeit wie die Entstehung eines LIP, der North Atlantic Igneous Province (NAIP). Die NAIP-Entstehung wurde als Ursache für das PETM vorgeschlagen, da während des Vulkanismus Kohlendioxid und Methan freigesetzt werden, welches zu einer schnellen Erwärmung führt. Es wurde auch vermutet, dass die Ablagerung von Vulkanasche während des NAIP das Klima abgekühlt hat. Als solches ist das PETM eine ideale Periode, um die Auswirkungen des Vulkanismus auf das Erdsystem zu untersuchen. Expedition 396 des International Ocean Discovery Program (IODP) hat erfolgreich eine Reihe von langen Sedimentsequenzen aus dem PETM-Zeitalter am norwegischen Rand geborgen. In diesem Projekt beabsichtige ich, detaillierte deskriptive, geochemische und modellbasierte Untersuchungen mit den Sedimenten der Expedition 396 durchzuführen, um die Rolle des NAIP-Vulkanismus im PETM zu dokumentieren. Erstens wird die Intensität des Vulkanismus durch neue Schätzungen der Kohlendioxid-, Methan- und Sulfatemissionen bewertet, um die Rolle der Gase auf den Klimawandel zu bestimmen. Durch detaillierte geochemische Untersuchungen werden die Auswirkungen der Ascheablagerung auf den Kohlenstoffkreislauf bewertet mit Schwerpunkt auf der Rolle der Asche als Nährstofflieferant für Phytoplankton liegt. Die potenziellen Auswirkungen der Ascheablagerung auf die Speicherung von Kohlenstoff im Sediment werden ebenfalls geochemisch und isotopisch untersucht. Abschließend werden die Ergebnisse unter Verwendung von Erdsystemmodelle kombiniert, um die genaue Rolle des Vulkanismus im PETM zu bestimmen. Die erwarteten Ergebnisse werden uns neue Erkenntnisse über die Rolle der LIP-Entstehung und der Ablagerung von Vulkanasche beim Klimawandel geben. Sedimente von Expedition 396 bieten eine einzigartige Gelegenheit, den geochemischen Abdruck des Vulkanismus hochauflösend zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden zu einer erheblichen Verbesserung unseres Verständnisses des PETM führen.
Der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien ist erklärtes Ziel der Bundesregierung. Das Energiekonzept von 2010 formuliert hierzu Ausbauziele, die den Nutzungsdruck auf die verfügbaren Flächen deutlich erhöhen. Um Konflikte mit anderen Raumnutzungen zu vermeiden, ist es erforderlich, die regionalen Flächenpotenziale für die Nutzung erneuerbarer Energien zu kennen. Nur so kann jeder Raum entsprechend seiner Möglichkeiten optimal genutzt werden. Gegenstand und Zielsetzung: Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung, Erprobung und Anwendung eines praxisgerechten Berechnungsmodells zur Abschätzung der regionalen Flächenpotenziale der verschiedenen EE-Sparten. Hintergrund ist dabei nicht, Vorgaben bezüglich umsetzbarer Flächenpotenziale für Bundesländer oder Regionen zu generieren. Es soll vielmehr ein Beitrag zur Methodenentwicklung und -harmonisierung geleistet werden, der eine transparente Zieldiskussion ermöglicht, die es erlaubt, die raum- und umweltverträgliche Umsetzbarkeit von Beginn an adäquat in den Entscheidungsprozess einzubeziehen. Das Modell soll die Berechnung raum- und umweltverträglicher EE-Flächenpotenziale auf Bundes-, Landes- und regionaler Ebene ermöglichen und hinreichende Einzelfallgerechtigkeit aufweisen. Die Ergebnisse der Analyse sollen die Akteure in die Lage versetzen, Handlungsempfehlungen für den weiteren Ausbau EE formulieren zu können sowie bestehende Zielsetzungen auf ihre Raum- und Umweltverträglichkeit zu prüfen. Dazu soll den Akteuren eine Methodik angeboten werden, die - im Gegensatz zu bestehenden Analyseansätzen - Raumansprüche und Raumwirkungen der einzelnen EE-Sparten in Abhängigkeit von den naturräumlichen Potenzialen sowie von den politischen, rechtlichen und insbesondere planerischen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen berücksichtigt. Darüber hinaus wird eine flexible Anpassung des Kriterienkatalogs vor dem Hintergrund der Planungsebene sowie der regionalen Eigenschaften ermöglicht. Der Anwender soll mit dem bereitgestellten Grundgerüst der Methodik und mit den Erläuterungen zur ebenenspezifischen Anpassung eigene, regionsspezifische Auswertungen unter Verwendung eigener Restriktionskriterien durchführen können. Das Vorgehen wird anhand der Fallstudien verdeutlicht. Im Ergebnis des Vorhabens werden ein standartisierter Datenkatalog und Hinweise auf weitere, ggf. regional verfügbare Datensätze erarbeitet.
Zur Loesung von Problemen der Wassererschliessung, des Trinkwasserschutzes, der Abfallagerung und -beseitigung sowie der Ingenieurgeologie werden Tracermethoden und spezielle hydrogeologische Methoden in Poren-, Karst- und Kluftwasserleitern eingesetzt.
Wolken und Niederschlag gehören zu den größten Herausforderungen für derzeitige Wetter- und Klimamodelle. Der letzte IPCC Bericht stellt heraus, dass insbesondere die mikrophysikalischen Prozesse in Mischphasenwolken bestehend aus Eis und flüssigen Wasser bislang nur unzureichend verstanden sind was wiederum eine bessere Modellierung dieser Wolken erschwert. Mischphasenwolken kommen besonders häufig in den höheren Breiten vor, aber auch die meisten Wolken und Niederschlagprozesse in mittleren Breiten sind eng mit den Eis- und Schneepartikeln im Oberteil der Wolke verknüpft. Um unser Verständnis von diesen zentralen Prozessen zu verbessern, wie etwa die Frage wie Eisteilchen entstehen oder wie sie zu Schnee- oder Graupelpartikel anwachsen, benötigen wir umfangreiche Beobachtungsdatensätze als Basis um Modellparametrisierungen weiter zu verbessern. Daher möchten wir in diesem Projekt neueste Fernerkundungsverfahren, wie etwa Radarpolarimetrie, Dreifrequenzradar und die Radardopplerspektren, optimal mit passiven Beobachtungen und neuartigen in-situ Sensoren kombinieren. Nur durch die Kombination verschiedener Beobachtungstechniken, hat man die Möglichkeit die verschiedenen Einflussgrößen der zugrunde liegenden Prozesse zu unterscheiden. Dazu werden wir die Beobachtungsmöglichkeiten bestehender Infrastruktur mit neuen Messgeräten grundlegend erweitern, um die beschriebenen Prozesse in bislang unerreichter Genauigkeit zu beobachten. Da Fernerkundungsmessungen (z.B. Radarreflektivität) immer eine indirekte Messung der eigentlichen Modellgröße (etwa Eiswassergehalt) sind, werden wir einen Forwärtsoperator entwickeln, mit dem man aus den Modellsimulationen synthetische Beobachtungen erzeugen kann. Damit lassen sich reale und synthetische Messgrößen direkt vergleichen. Ein zentraler neuer Bestandteil des Forwärtsoperators wird dabei eine Datenbank der Streueigenschaften von Schnee- und Eispartikel sein. Um einen frei-zugänglichen Streudatensatz zu erzeugen, werden wir bereits zur Verfügung stehende Datensätze mit eigenen Streurechnungen kombinieren. Schließlich werden die Kombination aus neuen Beobachtungsverfahren und Forwärtsoperator nutzen, um die Parametrisierungen im Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes zu untersuchen. Des Weiteren werden wir für spezielle Fallstudien, bei denen sich ein bestimmter Prozess über längere Zeit erkennen lässt, Simulationen mit einem 1D Modell durchführen. Das 1D Modell erlaubt eine Vielzahl an detaillierten Parametrisierungen zu testen und Lücken im generellen Prozessverständnis zu identifizieren. Diese Erkenntnisse können dann wiederum zu Verbesserungen vereinfachter Parametrisierungen in Wetter- und Klimamodellen genutzt werden. Am Ende des Projektes wollen wir nicht nur einen neuartigen Daten und Methoden zur Verfügung stellen, sondern auch neue Wege aufzeigen, wie die Informationen der Beobachtungen für die Verbesserung von Modellparametrisierungen am besten nutzbar gemacht werden können.
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