In diesem Projekt sollen mit COSMO-SPECS, einem 3D-Wolkenmodell mit einer spektralen Beschreibung der wolken-mikrophysikalischen Prozesse von Hydrometeoren und Aerosolpartikeln, Modellsimulationen durchgeführt werden. Da dasselbe mikrophysikalische Schema in dem Luftpaketmodell enthalten ist, mit dem in INUIT-1 gearbeitet wurde, werden alle neuen Entwicklungen und Verbesserungen der Mikrophysik aus INUIT-1 direkt in COSMO-SPECS übertragen. Zunächst soll ein künstlicher Testfall simuliert werden, eine Wärmeblase über einem flachen Gelände. Sensitivitätsstudien sollen die Entwicklung der Eisphase und die Bildung von Niederschlag aufzeigen, wobei die Verteilung und die Typen der Eisnukleations-Partikel auf realistische Weise variiert werden. Ein anderer Schwerpunkt der Sensitivitätsstudien soll auf der Wirkung von sog. kleinen Triggern liegen, wie etwa Eisnukleations-Partikel oder Gefriermoden (z.B. biologische Partikel oder Kontaktgefrieren), die keine signifikanten Effekte hinsichtlich der Anzahl der entstehenden Eispartikel zeigen, aber doch die Dynamik der Wolke in einer Weise beeinflussen können, dass sich im Endeffekt die Eisbildung erhöht. Weiterhin ist in Zusammenarbeit mit INUIT RP5 eine Fallstudie geplant, die auf INUIT Feldexperimenten basiert. Hier sollen die Beiträge der verschiedenen eisbildenden Prozesse quantifiziert werden und dadurch die atmosphärische Relevanz der Eisbildungs-Regimes, wie sie in INUIT Labor- und Feldexperimenten untersucht werden, abgeschätzt werden. Gleichzeitig werden neue Parametrisierungen für Partikel, die während INUIT-2 untersucht werden, entwickelt und in das mikrophysikalische Schema eingebunden; vorhandene Parametrisierungen sollen weiter modifiziert und verbessert werden. Dieses Projekt schließt selbst auch Laborexperimente zum Kontakt- und Immersionsgefrieren ein, die am Mainzer vertikalen Windkanal und mit einer akustischen Tropfenfalle durchgeführt werden. Hier liegt der Schwerpunkt auf einer Verbesserung des Kontaktgefrierens. Die Experimente sollen am Mainzer vertikalen Windkanal durchgeführt werden, wobei unterkühlte Tropfen in einem Luftstrom, der die potentiellen Kontakteiskeime mit sich führt, frei ausgeschwebt werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der Kollisionen zwischen Tropfen und Partikeln berechnet und die Gefriereffizienz, d.h. die Gefrierwahrscheinlichkeit für eine Tropfen-Partikel Kollision bestimmt werden.
Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit der WHO und dem Tropeninstitut in London durchgefuehrt. Dabei geht es primaer um die Erforschung tatsaechlicher (im Gegensatz zu vermuteten) Krankheitsrisiken und massgebender Einflussfaktoren der Faekalien- und Abwasserverwertung wie Entsorgungsort, Hygiene-Verhalten, landwirtschaftliche Nutzung und Ernaehrungsweise. Nachdem in der ersten Phase primaer Literaturstudien ueber sozio-kulturelle Aspekte der Wiederverwendung von Faekalien sowie ueber das Absterbe-Verhalten der verschiedenen Krankheitserreger unter verschiedenen Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Naehrstoffe, etc.) durchgefuehrt wurden, sind in der zweiten Projektphase Feldstudien geplant, in denen einerseits die technisch-institutionellen Aspekte und andererseits die epidemologischen Zusammenhaenge der Faekalien- und Abwasserverwertung untersucht werden. Damit sollen in den naechsten Jahren die Grundlagen erarbeitet werden zur Ueberarbeitung der bestehenden Richtlinien ueber die Verwendung von Abwasser und Faekalien in Entwicklungslaendern.
Die Strömung im Lee eines steilen Berges ist durch hoch-komplexe Wirbelstrukturen charakterisiert. Vorherige Forschungsarbeiten mit idealisierten numerischen Simulationen haben gezeigt, dass die Form dieser Leewirbel empfindlich von der vertikalen Scherung der Umgebungsströmung abhängt; andererseits spielt die Stärke des Umgebungswindes eine untergeordnete Rolle. Hier wird vorgeschlagen, diese Hypothesen durch eine Kombination von numerischen Simulationen und Beobachtungen zu testen. Eine einmonatige Messkampagne wird erstmals das Windfeld in der Umgebung des Matterhorns erkunden, wobei moderne Wind-LiDAR Technologie zum Einsatz kommen soll, in Kombination mit Radiosonden und einem kleinen unbemannten meteorologischen Flugzeug. Außerdem sollen umfangreiche Grobstruktursimulationen der Strömung um einen steilen Berg durchgeführt und ausgewertet werden. Die Verwendung von realistischer Matterhorn-Orographie erlaubt es, optimale Mess-Strategien für die Kampagne zu entwickeln und später die Messungen in den Kontext des bisher Gewussten zu stellen. Außerdem werden die Simulationen dazu benutzt, um die transienten Merkmale des Windfelds im Lee des Berges zu studieren, und zwar sowohl mit idealisierter als auch mit realistischer Orographie. Eine wichtige Bedeutung nimmt dabei die Visualisierung der Leewirbel ein, welche dabei hilft, die anfangs genannten Hypothesen zu testen.
Organische Schwefelkomponenten sind abundant in marinen Sedimenten. Diese Verbindungen werden v.a. durch die abiotische Reaktion anorganischer Schwefelverbindungen mit Biomolekülen gebildet. Wegen seiner Bedeutung für globale Stoffkreisläufe, für die Nutzung von Erdöllagerstätten und für die Erhaltung des Paleorecords, gibt es eine Vielzahl von Studien zum Thema. Sehr wenig Aufmerksamkeit wurde allerdings wasserlöslichen Komponenten geschenkt, die beim Prozess der Sulfurisierung entstehen und als gelöster organischer Schwefel (DOS) in die Meere gelangen können. Anhand der wenigen verfügbaren Informationen ist Schwefel vermutlich das dritthäufigste Heteroelement im gelösten organischen Material (DOM) der Meere, nach Sauerstoff und Stickstoff. Einige Schwefelverbindungen, insbesondere Thiole, sind für die Verbreitung von Schadstoffen aber auch essenzieller Spurenstoffe verantwortlich. Wichtige klimarelevante Schwefelverbindungen entstehen aus DOS. Daher spielt der marine DOS-Kreislauf eine Rolle für die Meere und Atmosphäre. Trotz seiner Bedeutung sind die Quellen marinen DOS, seine Umsetzung im Meer und Funktion für Meeresbewohner unbestimmt. Auch ist die molekulare Zusammensetzung von DOS unbekannt. In diesem Projekt werden wir Pionierarbeit in einem neuen Forschungsfeld der marinen Biogeochemie leisten. Wir wollen grundlegende Fragen bzgl. der Bildung und Verteilung von nicht-flüchtigem DOS im Meer beantworten. Unsere wichtigsten Hypothesen:* Bildung von DOS:(1) Sulfatreduzierende Sedimente sind wesentlich für die Bildung von DOS.(2) Reduzierte Schwefelverbindungen (v.a. Thiole) dominieren in Zonen der DOS-Entstehung.(3) DOS wird v.a. über abiotische Sulfurisierung in der Frühdiagenese gebildet.* Transport und Schicksal von DOS im Ozean:(4) DOS wird von sulfat-reduzierenden intertidalen Grundwässern an das Meer abgeben.(5) In der Wassersäule oxidiert DOS schnell (z.B. zu Sulfonsäuren).(6) DOS aus intertidalen Sedimenten ist in oxidierter Form auf den Kontintentalschelfen stabil.Neben dem wissenschaftlichen Ziel der Beantwortung dieser Hypothesen, wird das Projekt drei Promovierenden (eine in Deutschland und zwei in Brasilien) die außergewöhnliche Gelegenheit bieten, ihre Doktorarbeiten im Rahmen eines internationalen Projektes durchzuführen. Wir werden die Stärken beider Partner in Feld- und Laborstudien und Elementar-, Isotopen- und molekularen Analysen kombinieren. Wir werden unterschiedliche Regionen im deutschen Wattenmeer und in brasilianischen Mangroven (Rio de Janeiro and Amazonien) beproben, sowie die benachbarten Schelfmeere. Sulfurisierungsexperimente werden die Feldstudien ergänzen. Zur quantitativen Bestimmung und molekularen Charakterisierung von DOS werden wir neue Ansätze anwenden, die von den beiden Arbeitsgruppen entwickelt wurden. Dabei kommen u.a. ultrahochauflösende Massenspektrometrie (FT-ICR-MS), und andere massenspektrometrischen und chromatographischen Methoden zu Anwendung.
Das Verbundvorhaben SENSITU verfolgt das Ziel einer Strukturüberwachung von Rotorblättern an Windenergieanlagen (WEA) durch Fusion von Beschleunigungs- und 60GHz-Radarsensorik. Anhand von Feldstudien an verschiedenen WEA soll die entwickelte Technologie anwendungsorientiert bewertet werden. Das Teilvorhaben der schwingungsbasierten Rotorblattüberwachung von Wölfel widmet sich im Speziellen der Beschleunigungsmessung und der damit einhergehenden Auswertung der Messdaten durch KI-Methoden und Ableitung von Statusindikatoren. Ein spezieller Fokus für Wölfel liegt hierbei bei der Verarbeitung und Analyse von Beschleunigungssignalen zur Ermittlung der Schwingungen am Rotorblatt basierend auf vielen weniger guten Eingangssignalen gemessen mit preisgünstigen Sensoren (im Vergleich zu wenigen hochwertigen Eingangssignalen gemessen mit high-end-Sensoren). Zunächst werden im Verbund die Anforderungen an ein kombiniertes System aus Radar- und Beschleunigungsmessung spezifiziert. Die Anforderungen können dabei in zwei wesentliche Teile gegliedert werden: Den Sensorknoten und dem zugrundeliegenden Netzwerk zur Datenverarbeitung. Wölfel liefert Input bezüglich der Anforderungen für die Beschleunigungsmessungen und wird gemeinsam mit den Partnern die Konzepte für Sensorknoten und -netzwerk ausarbeiten. Weiterhin werden die optimierten Positionen der Sensorknoten an den WEAs gemeinsam definiert. Die Arbeiten zur Installation der Systeme an den identifizierten WEAs für die Feldstudien werden von Wölfel geleitet.
Im Rahmen des vorliegenden Projekts wird der Einfluss von dreidimensionalen Wirbeln auf die Verteilung von Plankton und Nährstoffen in der Ostsee untersucht. Da umfassende Algenblüten (Planktonblüten) wie unter anderem schädliche Cyanobakterienblüten nicht nur ein wiederkehrendes, sondern auch ein wachsendes Problem in der Ostsee sind, wird die Beantwortung der Frage, welche Faktoren diese Blüten beeinflussen, immer dringlicher. In diesem Kontext wurde im Baltic Sea action plan das Ziel eines guten ökologischen Zustands der Ostsee bis 2021 festgesetzt. Vor dem Hintergrund, dass eine Reduktion des Nährstoffeintrags in die Ostsee bisher nicht den gewünschten Effekt zeigte, rückt nun eine Analyse der Wechselwirkung von hydrodynamischen und biogeochemischen Prozessen in den Fokus. Im Rahmen dieses Projekts soll der Frage nachgegangen werden, ob und wie Wirbel das Planktonwachstum fördern oder unterdrücken. Diese Erkenntnisse sind nicht nur für das Verständnis des Systems Ostsee elementar, sondern dienen auch dem übergreifenden Verständnis von Wechselwirkungsmechanismen von Hydrodynamik und biogeochemischen Prozessen im Meer.Zu diesem Zweck sollen vier Unterfragen (SQ), die Mechanismen der Beeinflussung des Planktonwachstums durch Wirbel beschreiben, beantwortet werden:SQ1: Wie viele und welche Arten von dreidimensionalen Wirbeln gibt es in der westlichen und zentralen Ostsee? Die Antwort auf diese Frage liefert einen Überblick über das Forschungsgebiet Ostsee. Zur Ostsee wurden bisher keine umfassenden dreidimensionalen Wirbelstudien durchgeführt und es bestehen unzureichende Kenntnisse über die saisonale und regionale Verteilung von Wirbeln.SQ2: Welches Ausmaß an horizontalem Volumentransport verursachen dreidimensionale Wirbel? Die Beantwortung dieser Frage dient der Abschätzung der Transporteigenschaften von Wirbeln im Hinblick auf mögliche Nährstoff- und Planktontransportwege.SQ3: Welche vertikalen Transportprozesse gibt es innerhalb dreidimensionaler Wirbel? Die Beantwortung dieser Frage gibt Einblicke in den Einfluss des vertikalen Transports von z.B. wärmerem oder kälterem, salzigerem oder weniger salzigem Wasser innerhalb des Wirbels auf die Zu- oder Abnahme von Biomasse der unterschiedlichen Planktongruppen im Wirbel.SQ4: Welchen Einfluss haben dreidimensionale Wirbel auf biologische Prozesse? Die Untersuchung der Biomassenänderungen verschiedener Planktongruppen im Wirbel soll zu einem tieferen Verständnis der Nahrungsnetzdynamik im Wirbel führen.Die Studie basiert auf modellierten Geschwindigkeits-, Temperatur-, Salz-, Nährstoffkonzentrations- und Planktonkonzentrationsdaten aus dem GETM-ERGOM Modell für die westliche und zentrale Ostsee im Zeitraum 2006-2016 (www.getm.eu, www.ergom.net).
Die Verwendung von Stabilisotopenverhältnissen zur Aufdeckung von Prozessen in der Umwelt erfordert ein tiefreichendes Verständnis, das für einige Elemente wie Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) im Boden vorhanden ist. Unsere vorigen Projekte zeigten grundlegende Unterschiede in der Reaktion der Wasserstoff (H)-Isotopenverhältnisse auf Umwelteinflüsse im Vergleich zu C und N auf. Das Sauerstoff (O)-Isotopensystem im Boden wurde bisher wenig beachtet. Es ähnelt dem von H hinsichtlich eines austauschbaren und eines nicht austauschbaren Anteils, wobei nur Letzterer ein aussagekräftiges Signal liefert. Die C- und N-Isotopensysteme sind dem von O ähnlich, da diese Elemente an biochemischen Reaktionen beteiligt sind, die durch extrazelluläre Enzyme katalysiert werden und mit einer Isotopenfraktionierung verbunden sind. Da in der spärlichen Literatur ein Zusammenhang zwischen den O-Isotopenverhältnissen in der organischen Substanz (OS) und dem Klima angenommen wird, könnte ein verbessertes Verständnis des O-Isotopensystems ein neues Instrument darstellen, mit dem sich subtile Auswirkungen des Klimawandels in Ökosystemen aufspüren lassen, die sonst übersehen werden. Unser übergeordnetes Ziel ist es, die Bedeutung der ?18O-Werte von nicht austauschbarem O in der organischen Bodensubstanz (OBS) in einem ökologischen Kontext aufzudecken. Wir planen, (i) den Anteil von austauschbarem O in der Pflanzenstreu und in der OBS zu quantifizieren, (ii) die Kinetik des O-Einbaus aus dem Umgebungswasser in die OS durch mikrobielle und extrazelluläre Enzymaktivität zu bestimmen, (iii) zu testen, ob der Abbau von OS mit einer O-Isotopenfraktionierung verbunden ist, und wenn ja, die scheinbare Netto-Isotopenfraktionierung zu quantifizieren, (iv) die Beziehung zwischen den ?18O-Werten des Niederschlags und dem nicht austauschbarem O-Anteil in der organischen Auflage im Wald zu untersuchen und (v) herauszufinden, ob die ?18O-Werte des nicht austauschbaren O in der OBS mit denen ausgewählter Biomarker korrelieren. Als Voraussetzung (WP1) muss der Einfluss von anorganischem O eliminiert werden. Wir werden (a) testen, ob eine Demineralisierungsmethode, die für H-Isotope etabliert wurde, auf O-Isotope übertragbar ist, und (b) eine neue Methode entwickeln, die auf der Extraktion von Oxyanionen und der Zerstörung der OS durch Vermuffelung basiert. Wir werden die zuverlässigste Methode auswählen und Experimente durchführen, um den Einbau von O und H aus dem Umgebungswasser und die damit verbundene Isotopenfraktionierung quantifizieren zu können (WP2). Dies wird durch eine Feldstudie ergänzt, in der die Anteile von austauschbarem O und H in der OS quantifiziert, die mittelfristigen Auswirkungen des O- und H-Einbaus aus dem Umgebungswasser sowie der Isotopenfraktionierung in den Systemen C, N, O und H und das Potenzial des O-Isotopensystems zusammen mit dem von H und/oder anderen Elementen, klimabedingte Prozessänderungen anzuzeigen, untersucht werden (WP3).
Das Südchinesische Meer ist das größte Randmeer der Erde und ausschließlich von stark besiedelten Ländern wie China, Indonesien, Philippinen oder Vietnam umgeben. Klimaänderung und menschliche Einflüsse im Einzugsgebiet des Mekong (18 geplante Stauseen zu Stromgewinnung und Intensivierung der Aquakultur) werden die Flusseinträge drastisch verändern und in der Folge die Biogeochemie der Küstengewässer. Die Geschwindigkeit und Größenordnung dieser Veränderungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass das hier geplante Feldprogramm eine der wenigen Gelegenheiten sein wird, dieses Meeresgebiet zu erfassen, bevor es sich grundlegend verändert hat. Die gegenwärtige Rolle der Nährstoffeinträge des Mekong für die Produktivität des Südchinesischen Meeres soll im Vergleich zu den Nährstoffeinträgen durch den Auftrieb während des SW Monsuns untersucht werden. Ergebnisse früherer Arbeiten von uns lassen vermuten, dass die Stickstofffixierung von Cyanobakterien, die in Symbiose mit Diatomeen vorkommen, eine zentrale Rolle spielt. Zudem gibt es einzellige und koloniebildende N-Fixierer wie Trichodesmium in der Flussfahne. Die Interaktion von stickstofffixierenden Organismen, die von den Einträgen des Mekong abzuhängen scheinen, ist bislang nicht verstanden und steht im Fokus dieses Projektes. Die Nährstoffzusammensetzung in Wasser und die Aufnahme von markierten Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen wird in der Flussfahne und im Auftriebsgebiet quantifiziert. Zudem wird auf Zellebene der Austausch von Stickstoff und Kohlenstoff zwischen Diatomeen und ihren stickstofffixierenden Symbionten mittels NanoSIMS analysiert. Zeitgleich wird die Gemeinschaft der Stickstofffixierer entlang der Flussfahne und im offenen südchinesischen Meer von amerikanischen und vietnamesischen Kollegen durch genomische, molekularbiologische und taxonomische Methoden erfasst. In der Synthesephase des Projektes soll durch die Zusammenführung aller Ergebnisse ein tiefgreifendes Verständnis des menschlichen Einflusses auf die Biogeochemie des Küstenmeeres vor Vietnam erreicht werden. Zwei Expeditionen in das Gebiet des Mekongausstroms sind bereits durch einen genehmigten Antrag des Schmidts Oceanographic Institute aus den USA abgesichert, so dass Probennahmen und Experimente an Board geplant werden können. Aufgrund des früheren, sehr erfolgreichen DFG finanzierten Vorhabens bestehen enge Kontakte zum Institute of Oceanography in Nha Trang, Vietnam, auf die hier aufgebaut wird.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 1405 |
| Land | 7 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1396 |
| Text | 11 |
| unbekannt | 5 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 14 |
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| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1307 |
| Englisch | 290 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 1 |
| Dokument | 9 |
| Keine | 748 |
| Webseite | 657 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1022 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1230 |
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