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ClimXtreme II, Modul C 'Impacts'

Generationenübergreifende Anpassungstrategien an Ozeanversauerung und -erwärmung in Fischen

Anthropogene CO2 Emissionen werden zum Teil von den Ozeanen absorbiert und führen zu erniedrigten marinen pH und Karbonatwerten, dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt. Ozeanversauerung geht mit Ozeanerwärmung einher, zusammen bedrohen beide Umweltveränderungen das Leben im Meer. Fische wurden bisher als recht unempfindlich gegenüber diesen Veränderungen im Meerwasser eingeschätzt, da sie über hoch entwickelte Säure-Base- und Ionenregulation verfügen. Daher haben nur wenige physiologische Studien den Einfluss von Hyperkapnie auf die Physiologie und das Verhalten von Fischen untersucht, und häufig wurden dabei auch CO2 Partialdrücke eingesetzt, die weit jenseits der vom IPCC prognostizierten Werte für die nahe Zukunft liegen. Weiterhin wurden bisher nur wenige Lebensstadien untersucht, obwohl es immer mehr Anhaltspunkte dafür gibt, dass besonders die frühen Lebensstadien, die noch nicht über voll ausgeprägte homeostatische Kapazitäten und Verhaltenrepertoire verfügen, besonders empfindliche gegenüber OAW reagieren. Weiterhin lassen viele aktuelle Studien eine integrative Analyse von physiologischen Antworten auf zellulärer, Gewebe- und Ganztierebene vermissen, außerdem fehlt uns ein generelles Verständnis des evolutionären (generationenübergreifenden) Anpassungspotentials von Fischen an den Klimawandel. FITNESS versucht kritische Wissenslücken zu schließen, indem die synergistischen Auswirkungen von OAW auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene an verschiedenen Lebensstadien (Embryonen, Larven, Jungfische und Adulte) an warm-temperaten Wolfsbarschen (Dicentrarchus labrax) untersucht werden. Dabei untersucht FITNESS die physiologischen Reaktionen zwischen F0 und F1 Generationen von Fischen, von denen bereits die Elterntiere verschiedenen OAW-Szenarien ausgesetzt waren; weiterhin werden auch Wildpopulationen untersucht. Damit bereitet FITNESS den Weg für eine ganzheitlichere Analyse der Populationsakklimatisation und -adaptation, indem phänotypische Veränderungen mit Darwin'schen Fitnessfaktoren verknüpft und die Vererbbarkeit physiologischer Schlüsselparameter untersucht werden. Um weiterhin unser Ursache-Wirkungs-Verständnis von OAW voran zu treiben, werden konzeptionelle Modelle eingesetzt, die die Antworten auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene parametrisieren und in physiologisch-bioenergetische Modelle einfließen lassen, um mögliche Anpassungskapazitäten und Abstriche in Wachstum, Reproduktion und Mortalitätsrisiko abzuschätzen. FITNESS profitiert dabei von den großzügigen Aquakulturkapazitäten in Frankreich, in denen eine große Anzahl von Fischen (größer als 1000) über zwei Generationen hinweg sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen verfolgt werden kann. Weiterhin kommen FITNESS die enge Zusammenarbeit mit aktuellen Ozeanversauerungsprojekten in Deutschland (BIOACID) und Portugal zugute, die sich mit Kalt- bzw. Warmwasserfischen beschäftigen und somit Vergleiche über einen weiten Bereich von Temperaturfenstern erlauben.

Bildung für eine nachhaltige Entwicklung: Bildungstheoretische Grundlagen und schulisches Curriculum

Die theoretischen Grundlagen und Zielsetzungen der Umweltbildung haben sich seit Ende der 90er Jahre mit dem Gedanken einer nachhaltigen Entwicklung grundlegend verändert. Vielfach wird nun von Bildung für eine nachhaltige Entwicklung (kurz: BNE) gesprochen. Deshalb wird meine theoretische Grundlagenarbeit auf Basis des Gedankens der nachhaltigen Entwicklung, der selbst ständig einer Fortentwicklung unterliegt, ständig fortgesetzt. Diese Arbeit findet in engem Kontakt zur Kommission 'Bildung für eine nachhaltige Entwicklung' der DGfE statt, die ihr eigenes Forschungsprogramm von 1997 überarbeitet hat (Memorandum zur Forschung im Bereich BNE, Download auf Homepage der Kommission. Gleichzeitig wird der aktualisierte Ansatz einer Umweltbildung bzw. BNE auf curricularer Ebene an exemplarischen Themenbereichen konkretisiert. Dabei wird auf den früheren Arbeiten des Projektes NUSO (Didaktische Materialien, Publikationen u.a.) aufgebaut.

Einfluss der Vegetationsstruktur auf die Invasibilität von subarktischen Heidesystemen

Der aktuelle Klimawandel hat bereits Auswirkungen auf eine Reihe natürlicher Prozesse (z.B. Walther et al. 2002, Nature 416: 389-395; Walker et al. 2006, PNAS 103: 1342-1346). Ansteigende Temperaturen haben die Phänologie von Arten verändert mit bedeutenden Auswirkungen für komplexe direkte und indirekte Interaktionen zwischen Arten und es gibt deutliche Hinweise auf aktuelle Arealverschiebungen als Reaktion auf Erwärmung (Walther et al. 2002; 2005, P Roy Soc B-Biol Sci 272: 1427-1432). Die Ergebnisse des International Tundra Experiment (ITEX) Forschungsprogramms zu Auswirkungen von Temperaturerhöhung auf die Struktur von Pflanzengemeinschaften deuten an, dass (1) die Produktivität ansteigen wird, (2) der Deckungsgrad toter Pflanzenteile (Streu) und der Deckungsgrad von Zwergsträuchern und Gräsern zunehmen wird, während (3) der Deckungsgrad von Moosen in arktischen Regionen abnehmen wird (Walker et al. 2006). Die für die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften und die Verbreitungsreale von Arten erwarteten Veränderungen als Folge des Klimawandels hängen von der Invasibilität von Pflanzengemeinschaften ab. Obgleich letztere wiederum unter anderem durch die Vegetationsstruktur (z.B. Deckung, Höhe der Vegetation) bestimmt wird, ist die Bedeutung verschiedener Komponenten der Vegetationsstruktur (Sträucher, Moose, Gräser, Krautige) noch wenig erforscht. Im Lichte der klimainduzierten Veränderungen dieser Komponenten können empirische Studien zur Invasibilität von Pflanzengemeinschaften wichtige Informationen für die realistische Modellierung bezüglich der erwarteten Veränderung der Zusammensetzung von Vegetation und der Verbreitung von Arten liefern. Daher ist es Ziel dieses Projektes die Auswirkungen von Veränderungen verschiedener Komponenten der Vegetationsstruktur (Lebende Pflanzen, Moose, Streu) auf die Etablierung von Keimlingen in einem subarktischen Heidesystem zu analysieren.

Sauerstoffdynamik in großen Talsperren: Ein mechanistisches Verständnis zur Entstehung metalimnischer Sauerstoffminima?

Der gesunde und nachhaltige Umgang mit unseren Binnengewässern stellt eine Angelegenheit von höchstem öffentlichem Interesse dar. Gelöster Sauerstoff (DO) stellt eine Schlüsselgröße beim Wasserqualitätsmanagement in Seen und Stauhaltungen dar. Zu niedrige Konzentrationen begrenzen die Eignung für Trinkwasser und andere Nutzungen. Wir schlagen ein Forschungsprogramm von Wissenschaftlern aus führenden chinesischen und deutschen Institutionen in der Gewässerforschung vor, um die Dynamik des Sauerstoffs in Standgewässern in Raum und Zeit besser zu verstehen. Sowohl numerische Simulationsprogramme wie auch Feldmessprogramme und-experimente werden auf dem neuesten Stand eingesetzt. Von dieser Zusammenarbeit versprechen wir uns ein verbessertes Prozessverständnis, einen intensiven fachlichen Austausch zu modernen Methoden in Monitoring und Modellierung und schließlich detaillierte Einblicke, wie man neue Erkenntnisse in Wasser- und Talsperrenmanagement im jeweils anderen Land umsetzt. Sauerstoff reagiert sehr empfindlich auf Umweltstressoren, wie organische Verschmutzung, Eutrophierung oder Klimaänderung. Die Voraussage von Konzentrationsveränderungen stellt eine Herausforderung dar wegen der komplexen Verflechtung von ökologischen, biogeochemischen und physikalischen Vorgängen. Während man die Entwicklung von DO im Hypolimnion (Tiefenwasser) schon eingehender untersucht hat und viele Prozesse mit einiger Genauigkeit vorhersagen kann, versteht man bis heute die Entwicklung von DO im Metalimnion (d.h. in der Schicht zwischen dem warmen, oberflächennahen Epilimnion und dem kalten darunterliegenden Hypolimnion) weit weniger gut. Metalimnische Sauerstoffminima (MOM) sind sowohl aus Binnengewässern wie marinen Systemen bekannt. Sie entstehen aus einer Kombination von erhöhtem Sauerstoffbedarf und eingeschränktem vertikalem Austausch. Über die Ursachen für den erhöhten Sauerstoffbedarf im Metalimnion ist man sich nicht völlig im Klaren und Prozesse wie eingetragenes allochthones Material, Sauerstoffzehrung an trüben Einträgen und schließlich die Zersetzung von sedimentierendem organischem Material werden diskutiert. Ziel dieses Projektes ist es, ein hochauflösendes DO-Monitoring in einer deutschen und einer chinesischen Talsperre (Rappbodetalsperrre und Panjiakou Reservoir) zu betreiben, wobei parallel verschiedene Feld- und Labormessungen zum Test der verschiedenen Hypothesen zu den Ursachen der Sauerstoffzehrung durchgeführt werden. Die Resultate aus den Feld- und Laborexperimenten sowie hochauflösenden Monitoringansätzen werden in mathematische Prozessbeschreibungen übergeführt und in 1D und 3D Seenmodelle eingefügt, um die Dynamik des DO in Abhängigkeit der hydrodynamischen und biogeochemischen Prozessen zu simulieren Seenmodelle verbinden. Die entwickelten Modelltools werden in Form von Open-Source-Codes frei zur Verfügung gestellt.

Vergleichende Untersuchungen zu spätglazialen und holozänen Gletscherschwankungen ausgewählter Gebiete in Alpen, Kaukasus, Tienshan und Altai

Hauptziel der gemeinsamen Forschung von deutschen, österreichischen, russischen und kasachischen Geographen in diesem Projekt ist die Untersuchung spätglazialer und holzäner Gletscherschwankungen ausgewählter Gebiete im Kaukasus, Tienshan und Altai sowie deren Vergleich mit den Alpen. Eine räumliche und zeitliche Gegenüberstellung dieser Vergletscherungen in stärker ozeanisch bis kontinental geprägten Hochgebirgen der Mittelbreiten steht im Vordergrund der Untersuchungen, um daraus Aussagen über Synchronität oder Asynchronität von Klimaschwankungen in den letzten ca. 20.000 Jahren abzuleiten. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei der Frage der Gletscherschwankungen im Spätglazial und Holozän. In Auseinandersetzung mit Literaturangaben zu Vergletscherungen im Kaukasus, Tiensham und Altai sowie dem derzeitigen Forschungsstand über das letzte Hochglazial und die spätglazialen bis holozänen Gletschervorstöße sollen Fortschritte in der stratigraphischen und zeitlichen Einordnung und in der klimageschichtlichen Interpretation erzielt werden. Dazu werden moderne Methoden der relativen und absoluten Datierung herangezogen.(...) Die Arbeiten stellen einen Beitrag zur Erforschung der quartären Landschaftsgeschichte in den Untersuchungsgebieten dar und geben eine Basis zur Kennzeichnung des Naturraumpotentials.

Forschungsprogramm Experimenteller Wohnungs- und Städtebau (ExWoSt), Vernetzte Städte zum Thema städtische Energien in Deutschland, den USA und den BRICS-Staaten

Einige sind schon gut aufgestellt, andere können noch etwas lernen: Um Städte fit für die Zukunft zu machen, ist der internationale Austausch mit anderen Städten von großen Nutzen. Hier setzt ein neues Projekt des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) und des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) an, das in Zusammenarbeit mit der Deutschen Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) und dem German Marshall Fund of the United States (GMF) durchgeführt wird. Ob klimagerechter Stadtumbau, Energieeffizienz, bürgerschaftliches Engagement oder soziale Integration - neue Strategien für die Stadtentwicklung sind gefragt und sollen den Projektpartnern und Deutschland neue Impulse für Gesetze und Förderpolitik geben. Ziel: Ziel ist es, das Memorandum STÄDTICHE ENERGIEN als eines der derzeit zentralen städtebau- und wohnungsbaupolitischen Themen mit dem Ansatz der integrierten Stadtentwicklung durch international ausgerichtete Formate der Kooperation mit zentralen Partnern des BMUB umzusetzen. Dies wird auch von der LEIPZIG CHARTA gefordert. Für die Bundesebene werden so auch wichtige Impulse zur kontinuierlichen Anpassung von Gesetzgebung und Förderpolitik an neue Herausforderungen generiert, denen sich insbesondere Kommunen gegenübersehen. Lebenslanges Lernen von unterschiedlichen Akteuren und Institutionen mit dem Ziel der nachhaltigen Stadtentwicklung sowohl in Deutschland als auch weltweit wird durch internationale Zusammenarbeit angereichert. Dies erfordert, neue Kooperationsformen einzugehen und gewinnbringend für kommunale Entwicklung zu nutzen.

ClimXtreme II - Modul B 'Statistics', Kompakte Beschreibung und statistische Modellierung für nichtstationäre räumliche Wetterextreme (CoDEx)

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), NAWDEX - North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment

The North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment (NAWDEX) aims to provide the foundation for future improvements in the prediction of high impact weather events over Europe. The concept for the field experiment emerged from the WMO THORPEX program and contributes to the World Weather Research Program WWRP in general and to the High Impact Weather (HIWeather) project in particular. An international consortium from the US, UK, France, Switzerland and Germany has applied for funding of a multi-aircraft campaign supported by enhanced surface observations, over the North Atlantic and European region. The importance of accurate weather predictions to society is increasing due to increasing vulnerability to high impact weather events, and increasing economic impacts of weather, for example in renewable energy. At the same time numerical weather prediction has undergone a revolution in recent years, with the widespread use of ensemble predictions that attempt to represent forecast uncertainty. This represents a new scientific challenge because error growth and uncertainty are largest in regions influenced by latent heat release or other diabatic processes. These regions are characterized by small-scale structures that are poorly represented by the operational observing system, but are accessible to modern airborne remote-sensing instruments. HALO will play a central role in NAWDEX due to the unique capabilities provided by its long range and advanced instrumentation. With coordinated flights over a period of days, it will be possible to sample the moist inflow of subtropical air into a cyclone, the ascent and outflow of the warm conveyor belt, and the dynamic and thermodynamic properties of the downstream ridge. NAWDEX will use the proven instrument payload from the NARVAL campaign which combines water vapor lidar and cloud radar, supplemented by dropsondes, to allow these regions to be measured with unprecedented detail and precision. HALO operations will be supported by the DLR Falcon aircraft that will be instrumented with wind lidar systems, providing synergetic measurements of dynamical structures. These measurements will allow the first closely targeted evaluation of the quality of the operational observing and analysis systems in these crucial regions for forecast error growth. They will provide detailed knowledge of the physical processes acting in these regions and especially of the mechanisms responsible for rapid error growth in mid-latitude weather systems. This will provide the foundation for a better representation of uncertainty in numerical weather predictions systems, and better (probabilistic) forecasts.

Die langfristige Entwicklung von Verbrauchereinstellung und -verhalten am Markt für Ökoprodukte

Das geplante Vorhaben ist die vierte Phase eines längerfristig ausgerichteten, von der DFG geförderten Forschungskonzeptes zur Untersuchung der Änderungsdynamik von Einstellungen und Verhalten in der Verbraucherpopulation. Untersuchungsgegenstand ist die Nachfrage nach Ökoprodukten, da dieser Teilmarkt in einem besonderen Maße durch eine Veränderung der Verbrauchereinstellung geprägt ist. In der für 1999 geplanten Untersuchung soll eine weitere Verbraucherbefragung unter Verwendung des im wesentlichen gleichen Testinstrumentarium erfolgen. Damit stünde ein in Deutschland einmaliges Datenmaterial für vier Erhebungszeitpunkte (1984, 1989, 1994, 1999) zur Verfügung, auf dessen Grundlage nicht nur die Methodik der kombinierten Längs- und Querschnittsanalyse weiter verbessert, sondern auch empirisch fundierte Prognosen vorgenommen werden sollen.

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