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Optimierung der Wassereffizienz bei der luftgestützten Waldbrandbekämpfung

Zielsetzung: Deutschlandweit vernichteten Waldbrände im Jahr 2023 eine Fläche von1.240 Hektar Wald (3.058 Hektar in 2022). Das entspricht rund 1.771 Fußballfeldern. Hinzu kommt, dass global gesehen Waldbrände mit 6,5 Gigatonnen die viertgrößte Ausstoßquelle von CO2 Emissionen sind und jährlich weltweit Schäden in Milliardenhöhe verursachen. Gleichzeitig steht nicht ausreichend und oft nicht schnell genug Wasser zum Löschen zur Verfügung. Abhilfe verspricht hier der Systemansatz von CAURUS Technologies. Durch die Kombination von digitaler Sensortechnik mit Löschinnovation auf Basis von Dispersionstechnologie kann die Löscheffizienz von Wasser bis um das Zehnfache erhöht werden. Das System benötigt geringe Investitionskosten und ermöglich eine unmittelbare Verbesserung des Löscherfolges durch erhöhte Präzision und Effizienz des Löschwassereinsatzes sowie verbesserte Sicherheit der Einsatzkräfte. Auf diese Weise kann ein besserer Schutz für Bevölkerung, Umwelt und Wirtschaft erreicht werden. Große Waldbrände bedürfen in der Regel Löschunterstützung aus der Luft, da die Feuerwehr nicht zu allen betroffenen Gebieten vordringen kann oder Brände zu groß und gefährlich für Bodeneinsatzkräfte werden. Die derzeitig zum Einsatz kommenden Technologien wurde hauptsächlich in den 1970er Jahren entwickelt und basieren auf einem Prinzip: dem Abwurf großer Mengen Wasser aus der Luft durch Hubschrauber oder Flugzeuge. Grundproblem ist hier jedoch, dass ein Großteil des eingesetzten Wassers die Flammen nicht erreicht. 50 - 80% des Wassers verwehen oder verdampfen über der Vegetation, z.B. Baumwipfel, und bleiben somit wirkungslos. Die durch die Klimakrise zunehmende Wasserknappheit stellt die Waldbrandbekämpfung daher noch vor weitere Herausforderungen und die Schäden nehmen zu. Der Systemansatz von CAURUS Technologies besteht aus zwei Komponenten: - Eine digitale Plattform zur Optimierung des Wasserabwurfes durch präzisere Zielführung, datenbasierte Auswertung der Löschwirkung und kontinuierliche Entscheidungsunterstützung der Einsatzkräfte - Ein neuartiges Löschverfahren auf Basis von Dispersionstechnologie. Hierbei wird ein neu entwickelter Löschbehälter aus sicherer Höhe über dem Brandherd abgeworfen und innerhalb des Feuers in eine Aerosol Löschwolke mit bis zu zehnfach höherer Löschwirkung verwandelt

Optimierungen der massenhaften Ausbringung der parasitoiden Erzwespe Trichogramma dendrolimi (L.) gegen bestandesbedrohenden Befall des Kiefernspinners bei Helikopter gestützter Applikation, Teilvorhaben 1: Entwicklung eines Überschwemmungsverfahrens und Anwendungsoptimierung

Multimodales luftgestütztes Quantensensor-basiertes Instrument zur nachhaltigen Exploration natürlicher Ressourcen, Teilprojekt 1: Systemelektronik und Systemmechanik

Marine geowissenschaftliche Daten - Projekt PANORAMA (WMS)

Im Rahmen des PANORAMA Projekts wurden vier marin-geophysikalische und marin geologische Expeditionen durchgeführt. 2013: Panorama1 mit dem Forschungsschiff RV OGS Explora, nördliche Barentssee und Eurasisches Becken; 2015: Panorama2 mit RV OGS Explora, nördliche Barentssee, Olga Becken; 2017 SEGMENT mit RV Maria S. Merian, nordöstlicher Kontinentrand Grönland; 2018 GREENMATE mit RV Polarstern, nordöstlicher und nördlicher Kontinentrand Grönland. Die geowissenschaftlichen Daten umfassen für die genannten Expeditionen 2D reflexionsseismische Daten und refraktionsseismische Daten (mit OBS bzw. Sonarboje. Zusätzlich wurden hydroakustische Daten mit den bordeigenen Fächerecholoten bzw. Sedimentecholoten aufgezeichnet. Darüber hinaus wurden gravimetrische und magnetische Daten erfasst. Geologische und geochemische Daten wurden mit Schwereloten und Multicorern genommen. Im Rahmen der Expedition Greenmate (2018) wurde auch per Helikopter Proben an der Küste NO Grönlands genommen. Ergebnisse stehen bislang in den folgenden Veröffentlichungen zur Verfügung: Berglar Kai, Franke Dieter, Lutz Rüdiger, Schreckenberger Bernd, Damm Volkmar; Initial Opening of the Eurasian Basin, Arctic Ocean; Frontiers in Earth Science; 2016; DOI=10.3389/feart.2016.00091 Rüdiger Lutz, Dieter Franke, Kai Berglar, Ingo Heyde, Bernd Schreckenberger, Peter Klitzke, Wolfram H. Geissler; Evidence for mantle exhumation since the early evolution of the slow-spreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean; Journal of Geodynamics; 2018; https://doi.org/10.1016/j.jog.2018.01.014 Philipp Weniger, Martin Blumenberg, Kai Berglar, Axel Ehrhardt, Peter Klitzke, Martin Krüger, Rüdiger Lutz; Origin of near-surface hydrocarbon gases bound in northern Barents Sea sediments; Marine and Petroleum Geology; 2019 https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2018.12.036 P. Klitzke, D. Franke, A. Ehrhardt, R. Lutz, L. Reinhardt, I. Heyde, J.I. Faleide; The paleozoic evolution of the Olga Basin region, northern Barents Sea – a link to the timanian orogeny; G-cubed, 20 (2) (2019); 10.1029/2018GC007814 Rüdiger Lutz, Peter Klitzke, Philipp Weniger, Martin Blumenberg, Dieter Franke, Lutz Reinhardt, Axel Ehrhardt, Kai Berglar; Basin and petroleum systems modelling in the northern Norwegian Barents Sea; Marine and Petroleum Geology; 2021; https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105128. Franke, D., Klitzke, P., Barckhausen, U., Berglar, K., Berndt, C., Damm, V., Dannowski, A., Ehrhardt, A., Engels, M., Funck, T., Geissler, W., Schnabel, M., Thorwart, M. & Trinhammer, P. (2019): Polyphase Magmatism During the Formation of the Northern East Greenland Continental Margin. - Tectonics, 38, 8: 2961–2982, DOI: 10.1029/2019tc005552.

Hubschrauber-Elektromagnetik (HEM) Deutsche Nordseeküste - Daten

Dieser Datensatz wurde im Rahmen des BGR-Projektes "D-AERO-Auswertung" aus den verschiedenen Gebieten an der deutschen Nordseeküste zusammengestellt. Der BGR-Messhubschrauber (Sikorsky S-76B) wird zur aerogeophysikalischen Erkundung des Erduntergrundes eingesetzt. Das Standardmesssystem umfasst die Methoden Elektromagnetik, Magnetik und Radiometrie. Das aktive Mehrfrequenzmesssystem der Hubschrauber-Elektromagnetik (HEM) besteht aus runden (Durchmesser etwa 0,5 m) Sende- und Empfangsspulen (horizontaler Abstand etwa 8 m) für fünf bzw. ab 2007 sechs Messfrequenzen (0,4 - 130 kHz), die sich in einer Flugsonde etwa 40 m unterhalb des Hubschraubers befinden. Bis 2002 wurde ein HEM-System mit Rechteckspulen (horizontaler Abstand knapp 7 m) und fünf Messfrequenzen verwendet (0,4 - 190 kHz). Das Verhältnis aus Empfangs- zu Sendefeld liefert die elektrische Leitfähigkeit bis etwa 50/150 m Tiefe bei gut/schlecht leitendem Erduntergrund. Die Ergebnisse werden als scheinbarer spezifischer Widerstand (= Halbraumwiderstand) und Schwerpunktstiefe für jede der sechs Messfrequenzen im Bereich von 0,4 bis 130 kHz als Karten dargestellt.

Hubschrauber-Elektromagnetik (HEM) Deutsche Nordseeküste - Modelle

Dieser Datensatz wurde im Rahmen des BGR-Projektes "D-AERO-Auswertung" aus den verschiedenen Gebieten an der deutschen Nordseeküste zusammengestellt. Der BGR-Messhubschrauber (Sikorsky S-76B) wird zur aerogeophysikalischen Erkundung des Erduntergrundes eingesetzt. Das Standardmesssystem umfasst die Methoden Elektromagnetik, Magnetik und Radiometrie. Das aktive Mehrfrequenzmesssystem der Hubschrauber-Elektromagnetik (HEM) besteht aus runden (Durchmesser etwa 0,5 m) Sende- und Empfangsspulen (horizontaler Abstand etwa 8 m) für fünf bzw. ab 2007 sechs Messfrequenzen (0,4 - 130 kHz), die sich in einer Flugsonde etwa 40 m unterhalb des Hubschraubers befinden. Bis 2002 wurde ein HEM-System mit Rechteckspulen (horizontaler Abstand knapp 7 m) und fünf Messfrequenzen verwendet (0,4 - 190 kHz). Das Verhältnis aus Empfangs- zu Sendefeld liefert die elektrische Leitfähigkeit bis etwa 50/150 m Tiefe bei gut/schlecht leitendem Erduntergrund. Aus den Mehrschichtinversionsergebnissen (= 1D-Widerstands-Tiefen-Modelle) werden Horizontalschnitte des spezifischen Widerstandes (=Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit) für verschiedene Tiefen abgeleitet.

Hubschrauber-Magnetik (HMG) Deutsche Nordseeküste

Dieser Datensatz wurde im Rahmen des BGR-Projektes "D-AERO-Auswertung" aus den verschiedenen Gebieten an der deutschen Nordseeküste zusammengestellt. Der BGR-Messhubschrauber (Sikorsky S-76B) wird zur aerogeophysikalischen Erkundung des Erduntergrundes eingesetzt. Das Standardmesssystem umfasst die Methoden Elektromagnetik, Magnetik und Radiometrie. Das passive Magnetikmesssystem (HMG) besteht aus zwei Cäsium-Magnetometern zur Erfassung des erdmagnetischen Totalfeldes, die sich in der HEM-Flugsonde etwa 40 m unterhalb des Hubschraubers sowie in einer Basisstation am Erdboden befinden. Die Ergebnisse werden als Anomalien des erdmagnetischen Totalfeldes als Karten dargestellt.

Kalkungsvollzugsflächen in Sachsen

Die Datenserie beinhaltet Datensätze der im Rahmen der Bodenschutzkalkung seit 1986 gekalkten Waldflächen (Kalkungsvollzugsflächen) im Freistaat Sachsen. Je Kalkungsvollzugsfläche wird die Menge des aufgebrachten Naturkalks in Tonnen pro Hektar, das Datum der Durchführung der Kalkung sowie die Waldeigentumsart (Landeswald, Privatwald etc.) zum Zeitpunkt der Kalkung angegeben. Die Bodenschutzkalkung wird seit 1986 jährlich in Sachsen durchgeführt um die tiefgreifende Versauerung der Waldböden auszugleichen und Waldschäden vorzubeugen. Auf der Grundlage von Bodenanalysen und den forstlichen Standortverhältnissen wird die Kalkungsmenge pro Kalkungsvollzugsfläche bestimmt und der Naturkalk per Flugzeug oder Hubschrauber zwischen dem 1. Juli und 31. Oktober aufgetragen. Die Daten bilden die Grundlage für die digitale Kalkungsvollzugskarte für Sachsen. Weitere Informationen sind dem Faltblatt zur Bodenschutzkalkung zu entnehmen, welches vom Staatsbetrieb Sachsenforst herausgegeben wird.

Projekt Waldkalkung

Zweck der Waldkalkungen ist, der zum Teil tief reichenden Versauerung der Waldböden entgegenzuwirken. Die fortschreitende Versauerung der Böden geht mit erheblichen Schädigungen des Ökosystems Wald einher. So werden mit sinkenden pH-Werten (Säuregradmesser) das giftige Aluminium und Schwermetalle ausgewaschen, die die Wurzeln der Bäume schädigen und ins Grundwasser verlagert werden. Auch Nährstoffe werden dem Boden entzogen und stehen damit den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung. Durch die Kalkungsmaßnahmen werden die Waldböden sozusagen mit einer Schutzhülle aus Kalk bedeckt. Der Kalk soll die über die Niederschläge eingetragenen Säuremengen in den obersten Bodenschichten über einen gewissen Zeitabschnitt neutralisieren, um damit den Bodenzustand zu stabilisieren und ggfs. auch wieder zu verbessern. Die Kalkung dient zudem auch dem Grundwasser- und damit letztlich dem Trinkwasserschutz. Besonders kalkungsbedürftig sind die Waldflächen der Buntsandsteingebiete im Saarland, da deren Böden von Natur aus ein nur geringes Pufferungsvermögen gegenüber Säureeinträgen aufweisen. Den Kalkungsmaßnahmen vorausgegangen waren bodenchemische Analysen durch das Landesamt für Umwelt und Arbeitsschutz (LUA), um zuverlässige Aussagen über den Bodenzustand zu erhalten. Im Anschluss an die Kompensationskalkung wird es weitere Untersuchungen im Sinne einer Wirkungskontrolle geben. Von der Kalkung ausgeschlossen werden einerseits aus Naturschutzgründen sensible Flächen (z.B. Naturschutzgebiete, Naturwaldzellen u.ä.). Anderseits werden Verkehrsflächen und siedlungsnahe Flächen ausgeschlossen. Die Kompensationskalkung erfolgt ausschließlich in der vegetationsarmen Zeit, da nur dann sichergestellt ist, dass eine möglichst große Kalkmenge den Boden auch erreicht. Ausgebracht wird der Magnesiumkalk per Hubschrauber. Bei einer Menge von etwa 3 Tonnen pro Hektar können so pro Tag zwischen 60 und 75 Hektar Wald behandelt werden.

Vertikale Verteilung von Wolkenkondensationskernen in marinen und kontinentalen Luftmassen in Europa und ihre Verbindung zur Wolkentropfenanzahlkonzentration in warmen Wolken

Die Anzahl der verfügbaren Wolkenkondensationskerne (CCN) beeinflusst maßgeblich die mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften, wie z.B. die Wolkentropfenanzahlkonzentration (CDNC) und deren Größenverteilung. CDNC und die Tropfengröße steuern sowohl die Strahlungseigenschaften als auch die Lebensdauer von Wolken. Dies wirkt sich komplex auf die Energiebilanz der Erde aus. Aktuelle Klimamodelle basieren häufig auf Annahmen über CCN Anzahlkonzentrationen und andere CCN bezogene Eigenschaften (z.B. Hygroskopizität), da für viele Regionen auf der Erde repräsentative Daten fehlen. Wenn vorhanden, handelt es sich bei diesen CCN Daten um bodengebundene Messungen, welche somit nicht - mit Ausnahme von Bergstationen - in der für Wolkenbildungsprozesse relevanten Höhe durchgeführt wurden. Für die Karibikregion wurde gezeigt, dass die bodengebundenen CCN Messungen für die gesamte marine Grenzschicht repräsentativ zu sein scheinen also auch für die Wolkenbildungsregionen. Im hier vorgeschlagenen Projekt wollen wir überprüfen, ob bodengebundene CCN Messungen auch in anderen Erdregionen repräsentativ sind für die CCN Anzahl in der Wolkenbildungsregion, und wenn ja, unter welchen Bedingungen. Dies würde die Anwendung von CCN Daten in Modellen stark vereinfachen. Dazu wird die Gültigkeit der Beobachtungen in der Karibik, in zwei gegensätzlichen Umgebungen getestet werden, einmal in einer marinen und einmal in einer kontinentalen Umgebung. Die Messkampagne zu marinen CCN soll auf den Azoren (Portugal) durchgeführt werden. Wir werden kontinuierlich verfügbare CCN Daten von der Azoren Eastern Nordatlantik (ENA) Station auf der Insel La Graciosa (auf Meereshöhe) mit Daten von der Bergstation Pico (Pico Island, 2225 m ü.d.M.) kombinieren. Ergänzend werden CCN und CDNC Messungen auf der Helikopter-Messplattform (ACTOS) durchgeführt, um die vertikale Lücke zwischen den Meeresspiegel- und Bergmessungen zu schließen. Die kontinentalen bodengebundenen CCN Messungen werden kontinuierlich an der ACTRIS Station Melpitz durchgeführt. Die vertikale CCN und CDNC Verteilung wird in Melpitz mit Hilfe eines Ballons in mehreren einwöchigen Kampagnen einmal pro Jahreszeit gemessen werden. Darüber hinaus werden wir mit Hilfe der Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsmetrik (ACI) die in der Wolke in-situ gemessen CCN Eigenschaften (das heißt Anzahl und Hygroskopizität) mit den CDNC quantitativ verbinden. Es wird außerdem eine Sensitivitätsstudie mit einem Cloud-Parcel Model durchgeführt, welches durch die realen Messungen in der Atmosphäre angetrieben werden wird. Dies wird einen Einblick in das Übersättigungsregime von frisch gebildeten Wolken gewähren.Die CCN Daten selbst, die Erkenntnisse zu CCN Eigenschaften und ihrer vertikalen Verteilung sowie die quantitative Verbindung zwischen CCN und CDNC werden im Hinblick auf das Verständnis und die Modellierung der Wolkentropfenaktivierung sowie der mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften von außerordentlichem Wert sein.

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