Bislang gibt es kaum Beispiele, die die von der Bevölkerung betriebene urbane Energiewende hin zu Positive Energy Districts (PEDs) untersuchen. Obwohl verschiedene urbane Energiesimulationstools zur Verfügung stehen, die bei der Planung und Verwaltung von PEDs helfen, ist für Kommunen die Anpassungsfähigkeit hin zu PEDs immer noch ein großes Problem. Dies behindert letztlich den Fortschritt bei der Realisierung von PEDs und erweist sich als großer Engpass bei der Erreichung des ehrgeizigen EU-Ziels, bis 2025 100 PEDs zu errichten. Um diese Lücke zu schließen, wird das Projekt DigiTwins4PEDs innovative Forschungsmethoden und Umsetzungsstrategien anwenden. Diese werden durch einen partizipativen Prozess unterstützt, der die wichtigsten Interessengruppen und Bürger:innen in den Phasen des Co-Designs, der Co-Creation und des Co-Learnings einbezieht, welche innerhalb des Projekts entwickelt, bewertet und iterativ angepasst werden. Im Rahmen von Reallaboren mit verschiedenen Fallstudien werden die Bürger:innen während des gesamten Projekts kontinuierlich einbezogen. So können bürgergetriebene Maßnahmen in Zukunft leichter berücksichtigt und umgesetzt werden, um eine aktive Beteiligung der Verbraucher:innen für ein flexibles Energiemanagement und eine Interaktion zwischen PEDs und dem regionalen Energiesystem zu ermöglichen. Um diesen Prozess der Bürgerbeteiligung zu unterstützen, werden neue Werkzeuge und Methoden unter Verwendung von Urban Digital Twins entwickelt und angepasst, die es den Bürger:innen ermöglichen, die Energie-wende in ihren Gemeinden voranzutreiben und besser informiert Entscheidungen zu treffen. Die HFT mit ihrer langjährigen Erfahrung mit digitalen Zwillingen in Städten, der Entwicklung von städtischen Datenmodellen und städtischen Energiesimulationen ist der Projektkoordinator. Die HFT arbeitet auch eng mit der Stabsstelle Klimaschutz der Landeshauptstadt Stuttgart für die Betreuung der deutschen Fallstudie in Stuttgart zusammen.
Um die lückenhaft über große Flächen und oft unberechenbar verteilten Meeresressourcen zu nutzen, fliegen Albatrosse und Sturmvögel oft Hunderte von Kilometern pro Tag und füttern ihre Küken selten. In marinen Ökosystemen unter starkem anthropogenem Einfluss wird die Verfügbarkeit von Beute oft durch die Anwesenheit der Fischereifahrzeuge verändert, die große Mengen an Abfällen wie Innereien von verarbeitetem Fisch, Nichtzielarten und zu kleine Fische verwerfen. Dadurch erzeugen sie nicht nur eine vorhersehbare und reichliche Nahrungsquelle für Seevögel, sondern Fischerei-Abfälle erschließen Seevögeln auch den Zugriff auf demersale Organismen wie Bodenfische als neuartige Nahrungsquelle. In vielen fischreich genutzten Meeresgebieten stellen Abfälle daher einen großen Anteil der Nahrung von Seevögeln. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Ernährungsökologie der Seevögel haben. Das Ziel der geplanten Studie ist es, unser Verständnis von Verhaltensanpassungen als Reaktion auf Änderungen in der Verfügbarkeit von Beute zu vertiefen. Wir schlagen dazu eine Fallstudie an Sturmtauchern Calonectris diomedea im Mittelmeer vor, einer Art, die sowohl natürliche Beute als auch Fischereiabfälle als Nahrung nutzt. Um das Ausmaß und die Auswirkungen der Nahrungsquellen zu bewerten, werden wir eine Kombination aus GPS-Tracking, Messungen der Stoffwechselrate mit 2 Methoden (Beschleunigungsdaten und Schwerwassermethode) und nicht-invasive genetische Nahrungsbestimmung verwenden. Wir werden untersuchen, ob die Nutzung der Fischereiabfälle durch die Sturmtaucher als Reaktion auf geringe Verfügbarkeit von ihrer natürlichen Beute auftritt oder ob diese Art sich an die neue Nahrungsquelle angepasst hat, und sie unabhängig von der Verfügbarkeit ihrer natürlichen Beute regelmäßig nutzt. Darüber hinaus werden wir erfahren und neue Brutpaare vergleichen, um zu bewerten, wie die Qualität von Alttieren dieses Verhalten beeinflusst, sowie die Energiebilanz der natürlichen Beute und von Fischereiabfällen vergleichen.
Urbane Emissionen von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) machen einen Großteil der Treibhausgasemissionen weltweit aus. Deshalb sind Städte auch Vorreiter bei der Entwicklung von Emissionsreduktionsmaßnahmen zur Mitigation des Klimawandels. Solche Maßnahmen müssen durch räumlich und zeitlich hochaufgelöste, vollständige, verlässliche und verifizierte Informationen begleitet und in Bezug auf ihre Effizienz überprüft werden. Unter den Beobachtungsmethoden für Treibhausgase gibt es allerdings eine Lücke im Bereich der horizontalen, flächendeckenden Kartierung auf der Skala einiger Kilometer. Dort braucht es eine Technik, die die Empfindlichkeitslücke zwischen lokalen in-situ Messungen und regional-integrierenden Säulenmessungen durch Fernerkundungsmessungen füllt.Hier schlage ich vor, urbane Treibhausgasquellen mit einer innovativen und portablen Technik zu studieren, die die CO2 und CH4 Konzentrationsfelder flächendeckend kartieren kann und so die Beobachtungslücke erfasst. Die erste Studienregion ist der Großraum Los Angeles, wo sich die CO2 und CH4 Emissionen auf mehr als 100 MtCO2/a und 300 ktCH4/a belaufen, was die Region zu einer der größten, lokalisierten Quellen weltweit macht. Los Angeles wurde in der Vergangenheit vielfältig in Bezug auf seine Treibhausgasquellen untersucht, indem beispielsweise Inventarisierungen durchgeführt und durch atmosphärische Messungen bewertet wurden. Ein herausragendes Experiment läuft gerade im Rahmen des CLARS-FTS (California Laboratory for Atmospheric Remote Sensing - Fourier Transform Spectrometer) – ein Spektrometer, das auf Mt. Wilson stationiert ist und reflektiertes Sonnenlicht aus dem Los Angeles Stadtgebiet einfängt. Wir haben eine portable Variante dieses Instruments entwickelt und schlagen nun vor beide Instrumente gemeinsam mit kalifornischen Partnern bei einer Feldkampagne zu betreiben.Dabei ist es unser Ziel das neue portable Observatorium zu validieren und für zukünftige Langfristvorhaben zu empfehlen. Dazu wollen wir innovative Beobachtungsmuster wie die Definition von Zoom-Regionen oder die Verwendung von gekreuzten Lichtwegen ausprobieren, um die räumliche und zeitliche Auflösung zu optimieren. Zudem werden wir die Genauigkeiten verbessern, indem wir einen neuen Ansatz der Strahlungstransportmodellierung implementieren, der simultan mit der Gasbestimmung auch die Streuung an atmosphärischen Partikeln berücksichtigt. Für die Fallstudie Los Angeles werden wir die Variabilität und die Gradienten der CO2 und CH4 Konzentrationen auf ihre Konsistenz mit den Emissionsinventaren überprüfen und untersuchen, bis zu welchem Grad sich die Einflüsse des meteorologischen Transports, der regionalen Advektion, episodischer Ereignisse und der urbanen Biosphäre unterscheiden lassen.
Die Schäden in Folge von Extremereignissen können sich durch die Kombination einzelner Ereignistypen (engl.: Compound Events) signifikant erhöhen. Im Küstenraum betrifft dies die Überlagerung von Sturmfluten (als Kombination extremer Wasserstände und Windwellen), extremen Niederschlägen und hohen Binnenabflüssen. Bisher werden bei Schadensabschätzungen und Risikobewertungen überwiegend einzelne Komponenten solcher Extremereignisse betrachtet, während die Risiken durch die Kombination mehrerer unabhängiger oder verknüpfter Extremereignisse vernachlässigt werden. Dies führt zu einer Unterschätzung der tatsächlichen Bedrohung und der damit verbundenen möglichen Schäden. Für die Zukunft wird erwartet, dass sich die Häufigkeiten und Intensitäten solcher Extremereignisse verstärken. Die Abschätzung der resultierenden Vulnerabilität von Küstengebieten wird dabei zusätzlich durch simultane Veränderungen der räumlichen Bevölkerungsverteilung und Bevölkerungsstruktur erschwert. Für die Entwicklung optimaler Anpassungsstrategien ist daher ein ganzheitlicher Ansatz zur Bestimmung des Überflutungsrisikos notwendig, der unterschiedliche Extremereignistypen, deren Kombination und mögliche Änderungen der physikalischen und sozioökonomischen Rahmenbedingungen berücksichtigt.SEASCApe II baut auf dem derzeit laufenden Projekt SEASCApe Baltic auf und adressiert die zuvor genannten Einschränkungen und ermöglicht eine robustere Abschätzung des tatsächlichen Überflutungsrisikos unter der Berücksichtigung verschiedener Szenarien und einhergehender Unsicherheiten auf kurzen und langen Zeithorizonten. SEASCApe II beinhaltet interdisziplinäre Zusammenarbeit und besteht aus drei Arbeitspaketen, die zusammen eine ganzheitliche Bewertung des Hochwasserrisikos und möglicher Anpassungsmaßnahmen vornehmen. Im ersten Arbeitspaket werden mit Hilfe multivariater Statistiken und hydrodynamischer Modelle eine Vielzahl möglicher Extremereignisse und ihrer Kombination entlang der westlichen Ostseeküste simuliert. Arbeitspaket 2 nutzt die resultierenden Wasserstandsganglinien für eine Gefährdungs- und Vulnerabilitätsanalyse der aktuellen und der zukünftigen Küstenbevölkerung für zwei Fallstudien. Des Weiteren wird die Umsetzbarkeit und Zweckmäßigkeit möglicher Anpassungsoptionen bewertet, die auf die Reduktion der Auswirkungen entsprechender Hochwasserereignisse abzielen. Im dritten Arbeitspaket wird untersucht, ob es einen optimalen Zeitpunkt zur Umsetzung bestimmter Anpassungsmaßnahmen gibt, der die Investitionssummen minimiert und Entscheidungsträgern Flexibilität bei der Wahl von Anpassungsstrategien unter sich ändernden Rahmenbedingungen ermöglicht. Dabei werden neben passiven Küstenschutzmaßnahmen auch Anpassung oder Rückzug aus überflutungsgefährdeten Gebieten berücksichtigt. Die Erkenntnisse über die Kombination von Extremereignissen und der Effizienz von Anpassungsmaßnahmen dienen zuständigen Behörden als erweiterte Grundlage zur Entwicklung robuster Anpassungsstrategien.
In dem Projekt werden tiefe Erkenntnisse über die Widerstandskraft von Mischwäldern gegenüber klimatisch bedingten Störungen gewonnen. Mit diesem Wissen werden Leitlinien zur nachhaltigen Bewirtschaftung von Mischwäldern im Kontext des Klimawandels erarbeitet. Insbesondere werden dabei die folgenden Ziele verfolgt: 1. Es wird geklärt, inwiefern die Mischung von Baumarten zu einer verminderten Vulnerabilität beitragen kann, die durch biotische und abiotische Schadfaktoren hervorgerufen wird. - 2. Es werden geeignete waldbaulichen Behandlungsprogramme definiert, mit denen die Widerstandskraft von Waldbeständen und insbesondere von Mischbeständen weiter erhöht werden kann. - 3. Es werden Modelle zur Prognose des Wachstums von Mischbeständen unter verschiedenen Klimaentwicklungsszenarien entwickelt. - 4. In Rückkopplung mit Forstpraktikern und Waldbesitzern werden verschiedene Behandlungsvarianten formuliert. Mit Hilfe von langfristigen Waldentwicklungsprognosen werden die verschiedenen Bestandesbehandlungsvarianten in ihren Auswirkungen auf die Gewährleistung ökosystemarer Funktionen (darunter Biodiversität) für verschiedene räumliche Skalenebenen evaluiert. - 5. Die Ergebnisse werden Forstpraktikern, Waldbesitzern und politischen Entscheidungsträgern anhand der Demonstrationsflächen (Fallstudien) veranschaulicht. Die Kernhypothese des Forschungsprojekts ist, dass die Vulnerabilität von Wäldern durch die Steuerung der Baumartenzusammensetzung, die Gestaltung der strukturellen Diversität und über die Intensität der Bestandesbehandlungsmaßnahmen vermindert werden kann. Insbesondere werden die folgenden Hypothesen angenommen: (H1) Der Vergleich zwischen Rein- und Mischbeständen liefert wertvolle Informationen darüber, wie existierende Methoden und Behandlungsprogramme für die Anwendung auf Mischbestände angepasst werden können. (H2) Das Ausmaß und die Hauptrichtung der wechselseitigen Beeinflussung verschiedener Baumarten in Mischwäldern hängt von der Baumartenzusammensetzung, der Mischungsform, dem Bestandesentwicklungsstadium, der Bestandesdichte und den herrschenden Klima- und Umweltbedingungen ab. (H3) Mischbestände haben eine höhere Widerstandskraft gegenüber biotischen und abiotischen Störungen. Dieses lässt sich anhand einer besseren Verjüngungsfreudigkeit, einer höheren Zuwachsleistung und niedrigeren Mortalitätsraten messen. (H4) Die Regulierung der Bestandesdichte durch waldbauliche Eingriffe vermindert die Auswirkungen von extremen Klimaereignissen, während das Schädigungsausmaß auch maßgeblich von der Baumartenzusammensetzung bestimmt wird. (H5) Mischbestände zeigen sich gegenüber Reinbeständen in ihren ökosystemaren Funktionen überlegen. Im europäischen Kontext des REFORM-Gesamtprojekts werden dadurch mancherorts Zielkonflikte aufgedeckt. (H6) Eine höhere Widerstandskraft und Stabilität von Mischwäldern bezüglich ihrer ökosystemaren Funktionen kann auch in größeren Regionen ... (Text gekürzt)
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.
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